Классификация и маркировка кабелей связи. 1. Классификация и маркировка кабелей связи

• Название: 1. Классификация и маркировка кабелей связи
• Дата: 27.12.2022
• Размер: 260.5 Kb.
• Имя файла: Классификация и маркировка кабелей связи.doc
• Тип: Документы; #866120
• страница: 4 из 5

Критическая частота и критическая длина волны.

Анализируя полученные соотноше­ния, можно отметить, что чем больше диаметр сердечника волоконного све­товода dи чем больше отличаются показатели преломления сердечника п₁и оболочки п₂, тем больше крити­ческая длина волны и соответственно ниже критическая частота. Изложенное дает основание сделать вывод, что при частотах выше критической /₀ вся энергия поля концентрируется внутри сердечника световода и эффективно распространяется вдоль него. Ниже критической частоты энергия рассеи­вается в окружающем пространстве и не передается по световоду.

Особенности различных направляю­щих систем связаны с частотными ограничениями при передаче энергии по различным системам (рис. 4.37). Принципиально различен частотный диапазон передачи по волноводам и двухпроводным системам. Волноводные системы имеют частоту отсечки — (критическую) fо, ведут себя как фильтры ВЧ и по ним возможна лишь передача волн длиной меньше, чем λ_о. Двухпроводные системы свободны от этих ограничений и способны переда­вать весь диапазон этих частот от ну­ля и выше, правда, потери и затухание в них больше.
21. Затухание и дисперсия.

коэф-т затухания;

диперсия;

Затух-е оптич-х волокон с увеличением ч-ты передаваемого си-ла увел-ся.Затух-е опт-х волокон состоит из затухания на поглощении и затухания на рассеивании. Зат-е на поглощение опред-ся прозрачн-ю волокон и наличием примесей (гидроксильные, металлы 1-й группы Менделеева и т. д.). Атомы примесей имеют собственную ч-ту колебаний и если ч-та перед-х сиг-в совпадает с ч-той колебания атомов, то вэтом случае наступает резонанс и затух-е увелич-ся.В связи с этим затух-е волокон изм-ся волнообразно.

Затух-е на рассеивание распред-ся неоднород-ю волокон, наличием микротрещин волокна, неоднородностями на стыках. В связи с этим луч света отраж-ся, что приводит с 1- й стороны к увеличению затухания, а с 2-й появл-ся вытекающие волны, кот-е приводят к взаимному влиянию волокон.

В обычных кварцевых волокнах сущ-т 3 участка на оси ч-т, затух-е на кот-х явл-ся миним-м, эти участки соответ-т длинам волн 0,85; 1,3; 1,55 мкм, и наз-ся окнами прозрачности. Чем больше длина волны,тем ч-та будет меньше и затух-е тоже.Дисперсия – уширение импульса при передачи по волокну(рис2).Чтобы ликвидировать этот нед-к надо: уменьшить скорости передачи и длины РУ.Межмодовая дисперсия - чем больше расстояние, кот-е проходит сигнал, тем Разные лучи проходят разное расстояние с одинаковой скоростью.Еще есть храмотическая дисперсия, кот-я состоит из материальной (обусловлена неоднородностями в самом материале) и волноводная(длина волн зависит от частоты).Градиентное волокно. Коэффициент преломления сердечника непостоянен(рис4).

Волны распростр-ся в разных средах. Волна (ближайшая к центру) прох-т меньший путь, но в более плотной среде. Волна (более отдаленная) проходит больший путь, но в менее плотной среде. Здесь скорость распр-я больше, чем в 1-й среде. В рез-те время распр-я этих волн оказ-ся одинак-м. В таких волокнах дисперсия меньше, что позволяет вести лучшую передачу и на большее расстояние. Межмодовая дисперсия в одномодовых волокнах отсут-т, есть только храмотиче-я, но она не имеет большого влияния. ПП в этих волокнах измер-ся в Ггц, позволяет волокну осуществить быструю передачу. Проще изготовить многомодовое волокно. СЛ ГТС – ступеньчатые многомодовые.

Магистральная – одномодовые волокна.

Учитывая, что электри-е парам-ры градиентных волокон выше многомодовых ступенчатых, а сложность изготовления мало отлич-ся, то сущ-т отказ от ступенч-х многомодовых волокон.Основные типы волокон в настоящее время: - 1многомодовые градиентные- 2одномодовые ступенчатые.
22 ДИСПЕРСИЯ И ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ СВЕТОВОДОВ

Пропускная способность ΔFявля­ется важнейшим параметром волоконно-оптических систем передачи, предопределяющим ширину линейного тракта, полосу частот, пропускаемую световодом, и, соответственно, объем информации, который можно передавать по оптическому кабелю.

В предельном, идеализированном варианте по волоконному световоду возможна организация огромного числа каналов на большие расстояния, а фактически имеются значительные ограничения. Это обусловлено тем, что сигнал на приемном конце приходит размытым, искаженным, и длинней линия, тем больше передаваемый сигнал искажается (рис.4.41). Данное явление носит название дисперсии и обусловлено оно различием скорости распространения в световоде отдельных частотных составляющих спектра источника света.

Дисперсия t— это увеличение длительности импульса при прохождении по оптическому кабелю. Величина дисперсии определяется как квадратичная разность длительностей импульсов на выходе и входе кабеля по формуле:

Причем значения t_ВЫх и t_BXберутся на уровне половины амплитуды импульсов.

Связь между дисперсией и полосой частот, передаваемых по волоконному световоду, приближенно выражается соотношением ΔF= 1/τ

Так, если τ = 20 нс/км, то ΔF =50 МГц-км.

Пропускная способность оптического кабеля существенно зависит от типa и свойств волоконных световодов (одномодовые, многомодовые, градиентные), а также от типа излучателя (лазер, светодиод). Дисперсия возникает по двум причинам: некогерентность источников излучения Δλ и существование большого числа мод N.

Некогерентность излучения приводит к появлению спектра Δλ их хро­матической (частотной) дисперсии. Хроматическая дисперсия делится на материальную и волноводную (внутримодовую).

Волноводная дисперсия связана с зависимостью коэффициента распространения от длины волны [ Материальная дисперсия обусловлена зависимостью п от λ, т. е. [ ]

Модовая дисперсия обусловлена наличием большого числа мод, каждая из которых распространяется со своей скоростью [ )].

Эти дисперсии проявляются по-раз­ному в различных типах волноводных световодов. В ступенчатыхсветоводах при многомодовой передаче доминирует модовая дисперсия, достигающая больших значений (20—50 нс/км). В одномодовыхступенчатыхсветово­дах отсутствует модовая дисперсия. Здесь проявляются волноводная и ма­териальная дисперсии, но они почти равны по абсолютной величине и про­тивоположны по фазе в широком спектральном диапазоне. Поэтому происходит их взаимная компенсация и результирующая дисперсия при λ= 1,2—1,7 мкм не превышает 3 нс/км.

В градиентныхсветоводах происходит выравнивание времени распростране­ния различных мод, и определяющей является материальная дисперсия, ко­торая уменьшается с увеличением длины волны. По абсолютной величи­не она колеблется в пределах 3— 5 нс/км.

Сравнивая дисперсионные характеристики световодов, можно отметить, что лучшими данными обладают од­номодовые световоды. Хорошие дан­ные также у градиентных световодов с плавным изменением показателя преломления. Наиболее резко прояв­ляется дисперсия у многомодовых све­товодов.

Материальная дисперсия зависит от длины волны и обусловлена частотной зависимостью показателя преломления.

Величина уширения импульса за счет модовой дисперсии, характеризу­емая временем нарастания сигнала и определяемая как разность между самым большим и самым малым вре­менем прихода лучей в сечении свето­вода на расстоянии / от начала, мо­жет быть рассчитана по формулам:

—для ступенчатого световода;

— для градиентного световода,

где NA— числовая апертура, NA = ; n₁ — пока­затель преломления сердечника; п₂— показатель преломления оболочки; l — длина световода; с —скорость света. Соответственно, пропускная способ­ность градиентного световода в 2/Δраз выше, чем у ступенчатого при одинаковом значении Δ. Учитывая, что, как правило, величина Δ≈ 1%, различие пропускной способности ука­занных световодов может достигать двух порядков.

Частотная полоса пропускания су­ществующих конструкций оптических кабелей колеблется в широких преде­лах и составляет от 30 до 1000 МГц-км. Она неодинакова для различных ти­пов световодов. Для градиентных све­товодов с лазерным источником света частотная полоса составляет 100— 250 МГц-км. В многомодовых свето­водах она сужается до 30 МГц-км. Наивысшей пропускной способностью обладают одномодовые световоды. У них полоса пропускания достигает 0,5—1 ГГц-км.

Рассмотренное выше явление дис­персии приводит как к ограничению пропускной способности оптических кабелей, так и к снижению дальности передачи по ним, так как чем длиннее линия, тем больше проявляется дис­персия и больше уширение импульса. Эти параметры — полоса частот ΔFи дальность передачи l взаимосвязаны. Соотношение между ними выражает­ся формулой

(4.67)где значения с индексом х — искомые, а без него — заданные.

Соответственно ΔF_x=ΔF? и l_Х= = l(ΔF! ΔF_x)².

Так, если кабельная промышлен­ность поставляет кабель строительны­ми длинами l=1 км с полосой пропу­скания ΔF=50 МГц-км, то на участ­ке линии длиной l_Х = 25 км полоса пропускания существенно сузится и

составит ΔF_x =50√1/25=10 МГц.

В коротких линиях (до 5 км) дей­ствует линейный закон соотношения ΔFи l: ΔF/ ΔF_x=l_x/l.
23. ПРИЧИНЫ ВЗАИМНЫХ ВЛИЯНИЙ МЕЖДУ ЦЕПЯМИ. ПАР-РЫ ВЛИЯНИЯ, ИХ ЗАВ-ТЬ ОТ ЛИНИЙ.

Осн-ная причина взаимных влияний между цепями – наличие вокруг пр-ков с током электромагн-го поля. Оно перес-т соседние цепи, наводит ЭДС, под действием кот-й возн-т ток, кот-й явл-ся током помех для этих цепей.

С увел-м ч-ты влияние между сим-ми цепями увел-ся (рис.1). Цепь 1,2 – влияющая, цепь 3,4 – подверженная

K1,2=I2/U1 K1,2 – коэф-т эл-кой связи. С увел-м ч-ты К увел-ся.

M1,2=-E2/I1 M1,2 – коэф-т магн-й связи. С увел-м ч-ты выше магн-е влияние (рис.2).

Вторичные пар-ры влияния:

перех-е затух-е – степень ум-я мощности, напр-я или тока с-ла при переходе с одной цепи на др-ю;

защищенность.

Разл-т перех-е затух-е на бл-м и на дальнем конце цепи, подразумевая опред-е направл-е передачи (рис.3) A0=10lg P10/P20, Al=10lg P10/P2L

Перех-е д. Б. Большим. Затух-е на бл-м конце больше чем на дальнем, а перех-е наоборот. Перех-е с увел-м ч-ты ум-ся .

С увел-м расстояния влияние ум-ся. Влияние зав-т оттого, насколько сим-но расп-ны цепи (рис.4).

Причина влияния между КЦ – продольная составл-я эл-го поля. Влияние с увел-м ч-ты ум-ся из-за эффекта близости тока во вн-м пр-ке вытесн-ся во внутрь пр-ка. Ум-ся напр-ть эл-го поля за пределами пр-ка (рис.5).

Защищенность пок-т насколько полезный с-л превышаот помеху, т. е. Это разность между ур-нем полезного с-ла и ур-нем помех.

Согласно рек-циям МККТТ мощность помех для эталонной цепи длиной 2500 км в точке с отн-но нулевым ур-нем не д. Превышать 10000 пВт, что соотв-т напр-ю помех в 1.1 мВ. Четверть отводится на ап-ру, 7500 ост-ся на линейный тракт, т. е. В ср-м на 1 км получ-ся 3 пВт. Напр-ю шумов в 1.1 мВ соотв-т защищенность 54.7 дБ.

Защищенность для усил-го уч-ка для СК ВЧ (Аз)*(уу)>=73.8 дБ, а для КК (Аз)*(уу)>=110 дБ (2.6/9.4)

------------>=90.3 дБ (1.2/4.6)

Перех-е затух-е д. Б. Больше защищенности на вел-ну (уу).

(А0)*(уу)>=(Аз)*(уу)+?L - длина

(Ае)*(уу)>=(Аз)*(уу)+?L
24. ПРИРОДА ВЛИЯНИЯ В КОАКСИАЛЬНЫХ ЦЕПЯХ

В симметричных кабельных цепях взаимное влияние обусловлено наличием поперечного электромагнитного поля, которое наводит в рядом расположенной цепи мешающие токи. Как Видно из рис. 5.19, вокруг симметричной цепи 1—2 имеется поперечное электрическое Е_r, Е_φ и магнитное H_φ поля. Если в сферу действия полей попадает цепь 3—4, то в индуцируются токи, проявляющиеся в виде токов помех.

Коаксиальная цепь не имеет внешних поперечных электромагнитных

Рис, 5.19. Электромагнитное поле цепей: а) симметричной; б) коаксиальной
лей типов Е_т, Е_φ и Н_т, Н _φ,. Радиальное электрическое Е_rи тангенциальное магнитное Н_φ поля коаксиальной цепи замыкается внутри кабеля между внутренним и внешними проводниками; поля Е_φ и Н_rотсутствуют вследствие осевой симметрии кабеля. Поэтому коаксиальная цепь 3—4, расположен­ная рядом с коаксиальной цепью /— 2, по которой передается энергия, при идеальной конструкции не испытывает воздействия поперечных электромаг­нитных полей радиального и танген­циального направлений. В действи­тельности расположенные рядом коак­сиальные цепи все же влияют друг на друга и воспринимают посторонние помехи (от радиостанций, линий элек­тропередач и т. д.). Подверженность коаксиальных кабелей взаимным и внешним помехам обусловлена про­дольной составляющей электрического поля E_z, направленной вдоль оси ко­аксиального кабеля.

Влияние между двумя коаксиальны­ми цепями I и II осуществляется через третью, промежуточную цепь, образо­ванную из внешних проводников этих цепей.

Физическую сущность влияния меж­ду двумя коаксиальными кабелями можно объяснить следующим образом. На рис. 5.20: I — влияющая цепь;

П —цепь, подверженная влиянию;

Ш— промежуточная цепь, состоящая из внешних проводников цепей I и II.

По внешнему проводнику (цепь I) влияющего коаксиального кабеля течет ток, в связи с чем на его внешней поверхности создается падение напря­жения и действует продольная состав­ляющая электрического поля E_z. Она вызывает ток на поверхности внешне­го проводника (цепь II) кабеля, подверженной влиянию. В результате из двух внешних проводников кабелей создается промежуточная цепь тока, в которой действует ЭДС, равная E_zна внешней поверхности внешнего про­водника влияющего кабеля. Ток, про­текающий во внешнем проводнике подверженного влиянию кабеля, вызы­вает падение напряжения, создающее помехи в его цепи.

Таким образом, в коаксиальных кабелях влияющая цепь I создает напряжение и ток в цепи Ш, которая, в свою очередь, становится влияющей цепью по отношению к цепи II и вызывает в ней токи помех.

Интенсивность влияния между цепями обусловливается- напряженностью продольной составляющей электриче­ского поля E_zна внешней поверхно­сти внешнего проводника влияющей коаксиальной цепи. Чем больше вели­чина E_z,тем больше напряжение и ток в промежуточной цепи III и соответ­ственно ток помех в цепи,

Частотная зависимость влияния в коаксиальных цепях имеет другой характер, чем в симметричных. В симметричных цепях с ростом— частоты возрастает скорость изменения электромагнитных силовых линий (Е и Н) и поэтому возрастает взаимное мешающее влияние между цепями. В коаксиальных цепях, в отличие от симметричных, с ростом частоты взаимное влияние уменьшается и улучшается защищенность от внешних помех (рис. 5.21). Из-за эффекта близости плотность тока во внешнем проводнике коаксиального кабеля увеличивается по направлению к внутренней его поверхности,, причем с ростом частоты ток концентрируется на внутренней поверхности внешнего проводника, на внешней поверхности плотность уменьшается. Поэтому с увеличением частоты уменьшается напряженность поля E_zна внешней поверхности внешнего проводника и возрастает эффект самоэкранирования коаксиального кабеля. При очень высоких частотах, когда весь ток сконцентрирован внутри коаксиального кабеля, напряженность поля E_zвне кабеля приближается к нулю, экранирующий эффект достигает максимума и влияние между цепями теоретически отсутствует.

Влияние между цепями зависит от конструкции внешних проводников, их расположения и материала. Чем больше толщина внешних проводников, тем влияние меньше.

Экранирующий эффект стали ,чем меди. Наилучший эффект многослойные сталемедные экраны.

Для защиты от помех в низкочастотном диапазоне (до 60—100 кГц) коаксиальный кабель экранируется стальными лентами толщиной 0,15 - 0,20 мм, накладываемыми в два слоя. Наличие экранов увеличивает переходное затухание на 25—40 дБ. Как и в симметричных цепях влияния коаксиальных цепях выражается и нормируется с помощью переходных затуханий А_о и А_l и защищенности А_з. В качестве первичного параметра влияния оперируют сопротивлением связи Z₁₂