Устройства СВЧ и Антенны. 1. Классификация направляющих систем

• Название: 1. Классификация направляющих систем
• Анкор: Устройства СВЧ и Антенны
• Дата: 18.04.2022
• Размер: 0.54 Mb.
• Имя файла: sekretnaya_informatsia.docx
• Тип: Документы; #481625
• страница: 6 из 7

39. Коэффициенты отражения и прохождения. КСВ. КБВ. Согласование сред и ЛП.

Коэффициент стоячей волны — Отношение наибольшего значения амплитуды напряженности электрического или магнитного поля стоячей волны в линии передачи к наименьшему^[1].

Характеризует степень согласования антенны и фидера (также говорят о согласовании выхода передатчика и фидера). На практике всегда часть передаваемой энергии отражается и возвращается в передатчик. Отражённая энергия ухудшает работу передатчика и может его повредить.

КСВ рассчитывают следующим образом:

KСВ = 1 / KБВ = (Uпад + Uотр) / (Uпад - Uотр), где Uпад и Uотр - амплитуды падающей и отраженной электромдаагнитных волн.

КСВ измеряется или рассчитывается на определенной длине волны или в диапазоне длин волн.

В идеальном случае КСВ = 1, это означает, что отраженная волна отсутствует. При появлении отраженной волны КСВ возрастает в прямой зависимости от степени рассогласования тракта и нагрузки. Значения КСВ до 1,5 считаются приемлемым в УКВ диапазоне. На практике чаще используется коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН). Этот параметр обязательно оговаривается в технических требованиях на передающее устройство. Кроме того, существуют ГОСТы на предельно допустимый уровень КСВ^{[источник не указан 713 дней]}.

КСВ является обратной величиной к коэффициенту бегущей волны (КБВ).

КСВ зависит от многих условий, например:

• 
  Волновое сопротивление СВЧ кабеля и источника СВЧ сигнала
  
• 
  Неоднородности, спайки в кабелях или волноводах
  
• 
  Качество разделки кабеля в СВЧ-соединитель (разъём)
  
• 
  Наличие переходных соединителей
  
• 
  Сопротивление антенны в точке подключения кабеля
  
• 
  Качество изготовления и настройки источника сигнала и потребителя (антенны и др.)
  

КСВ измеряют с помощью включения в тракт двух направленных ответвителей, включенных в противоположных направлениях. В космической технике КСВ измеряется встроенными в волноводные тракты датчиками КСВ. Параметр КСВ входит в состав телеметрической информации, принимаемой от космического аппарата.

При проведении измерений КСВН необходимо учитывать, что затухание сигнала в кабеле приводит к погрешности измерений. Это объясняется тем, что и падающая и отраженная волны испытывают затухание. В этом случае КСВН можно рассчитать по формуле:

КСВН=(Uпрям+Uотр*К)/(Uпрям — Uотр*К),

где КСВН — коэффициент стоячей волны по напряжению; Uпрям — измеренное напряжение падающей волны; Uотр — измеренное напряжение отраженной волны; К — коэффициент ослабления отраженной волны.

Коэффициент ослабления отраженной волны рассчитывается по формуле:

K=B*2*L

где K — коэффициент ослабления отраженной волны; В - удельное затухание, дБ/м; L - длина кабеля, м.

В этой формуле коэффициент 2 учитывает тот факт, что сигнал испытывает ослабление при передаче от источника СВЧ сигнала к антенне и на обратном пути. Так как при использовании кабеля PK50-7-15 удельное затухание на частотах Си-Би (около 27 МГц) составляет 0,04 дБ/м, то при длине кабеля 40 м отраженный сигнал будет испытывать затухание 0,04*2*40=3,2 дБ. Это приведет к тому, что при реальном значении КСВН, равном 2,0, прибор покажет только 1,38; при реальном значении 3,0 прибор покажет около 2,08.

Коэффицие́нт бегу́щей волны́ (КБВ) — отношение наименьшего значения амплитуды напряженности электрического или магнитного поля стоячей волны в линии передачи к наибольшему. КБВ является величиной, обратной коэффициенту стоячей волны.

Выражение коэффициента бегущей волны через различные величины

С амплитудами падающей ( U_пад) и отраженной ( U_отр) волн в линии КБВ связано соотношением:

K_бв = (U_пад - U_отр) / (U_пад + U_отр)

Через коэффициент отражения по напряжению ( K_U ) КБВ выражается следующим образом:

K_бв = (1 - K_U) / (1 + K_U)

При чисто активном характере нагрузки КБВ равен:

K_бв = R / ρ при R < ρ или

K_бв = ρ / R при R ≥ ρ

где R — активное сопротивление нагрузки, ρ — волновое сопротивление линии

Другие величины, характеризующие отражения

Коэффициент стоячей волны — K_ст = 1 / K_бв = (U_пад + U_отр) / (U_пад - U_отр)

Коэффициент отражения по напряжению — K_U = ( 1 - K_бв ) / ( 1 + K_бв )

Для измерения КБВ применяются измерительные линии, измерители полных сопротивлений, а также панорамные измерители КСВН (ими измеряется только модуль, без фазы).

Мерами КБВ являются различные измерительные нагрузки — активные, реактивные с изменяемой фазой и др.

КОЭФФИЦИЕНТ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ (КБВ) показывает степень согласования приемной антенны с фидером (кабелем) снижения. Он численно равен отношению минимального напряжения (узел) линии к максимальному напряжению (пучность), которые имели бы место при измерении вдоль фидера при работе антенны в режиме передачи:

КБВ = Uмин / Uмакс (3.9a)

Выражается КБВ в относительных единицах: чем больше значение КБВ, тем эффективнее передача сигнала от антенны к телевизору. Полное согласование будет в том случае, когда сопротивление антенны Ra и волновое сопротивление фидера Rф равны (Ra = Рф). При чисто бегущей волне ток и напряжение по длине фидера не имеют ни минимума, ни максимума, а КБВ равен единице. Такой режим согласования практически получить трудно, вполне достаточно считать КБВ>0. 5, что соответствует снижению мощности принимаемого сигнала до 10% [3. 3]. Чем выше значение КБВ (в антеннах различных конструкций находится в пределах 0, 25... 0, 6), тем эффективнее передача сигнала от антенны к телевизору, выше качество приема.

При изготовлении кабелей вследствие не совершенства технологии возникают различные дефекты: деформации изоляции, проводников, отклонения диаметров проводников и толщины изоляции от номинальных значений, эллиптичность проводников в коаксиальной паре, их несоосность и др. Вследствие этого кабель становится неоднородным по длине, изменяются его параметры, линия становится неоднородной. Однородность линии определяется постоянством волнового сопротивления по длине линии. Мерой неоднородности линии является коэффициент отражения p в

• 
  Рабочее затухание - более общий параметр, т.к. кроме собственного затухания кабеля , учитывает также влияние несогласованности на стыках кабеля с нагрузкой.
  
• 
  В линиях неоднородных по длине различают внутренние неоднородности - в пределах строительной длины кабеля, и стыковые – обусловленные разбросом конструктивных, а следовательно, и электрических параметров.
  
• 
  Стыковые неоднородности, как правило, превышает внутренние неоднородности в кабеле сказываются, главным образом, на волновом сопротивлении кабеля, величина которого в месте сосредоточенной неоднородности отличается от номинальной.
  
• 
  Реальный кабель является неоднородной цепью. Электромагнитная волна, распространяясь по такой цепи и встречая на своём пути неоднородность, частично отражается от неё и возвращается к началу линии. При наличии нескольких неоднородных участков при распространении волны возникают многократные частичные отражения, что вызывает увеличение рабочего затухания и искажения характеристик цепи.
  
• 
  Неоднородности в кабеле приводят к появлению в цепи двух дополнительных потоков энергии: обратного (встречного), движущегося к началу цепи (генератору), и попутного, совпадающего с основным потоком.
  

42. Защита ЛС от мешающих влияний.

МЕРЫ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ СВЯЗИ ОТ ОПАСНЫХ И МЕШАЮЩИХ ВЛИЯНИЙ

Общие сведения.

Для предохранения сооружений связи от внешних электромагнит влияний проводится комплекс защитных мер как на влияющих линиях (ЛЭП, эл. ж. д., радиостанции) так и на линиях связи, подверженных влиянию. Перечень основных мероприятий приведен в табл. 25.1.

Разрядники и предохранители, схемы защиты.

Для защиты обслуживающего станционного персонала и аппарата связи применяются защитные устройства, состоящие из разрядников и предохранителей. Эти устройства устанавливаются на входе в станцию. Системы устройств различны в зависимо от типа линии (рис. 25.1)

Таблица 25.1

Редукционные и отсасывающие трансформаторы.

Редукционные трансформаторы (РТ) являются эффективным средством защиты от влияния высоковольтных линий (ЛЭП и эл. ж. д.) Редукционный трансформатор в принципе представляет собой трансформатор, первичная 1 и вторичная // обмотки которого имеют одинаковое число витков и намотаны на замкнутый железный сердечник. Первичная обмотка включается в разрез металлического покрова (оболочку, броню, экран) защищаемого кабеля 1—1, а вторичная — в разрез жил кабеля 2—2 (рис. 25.5). Первичная обмотка РТ обычно выполняется из медного изолированного проводника, поперечное сечение которого не меньше общего эквивалентного поперечного сечения металлического покрова кабеля. Вторичная обмотка представляет собой пучок изолированных друг от друга жил, по конструкции одинаковых с жилами защищаемого кабеля.

ОТСАСЫВАЮЩИЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ И КОНТУРЫ

Отсасывающие трансформаторы используются для уменьшения магнитного влияния контактной сети электрифицированной железной дороги переменного тока. Первичная обмотка трансформатора включается последовательно в контактный провод, вторичная обмотка — либо в отдельный, обратный провод, подвешиваемый на опорах контактной сети, либо последовательно в рельсы (рис. 25.7,а,б). Ток контактной сети, протекая по первичной обмотке, индуцирует во вторичной обмотке почти противоположно направленный ток. Благодаря этому ток, возникающий в обратном проводе, индуцирует в подверженных влиянию цепях связи тока противоположного знака и тем самым результирующее влияние снижается. При включении вторичной обмотки в рельсы ток значительно возрастает что приводит к увеличению защитного действия рельсов.

Для сглаживания пульсации напряжения на эл. ж. д. постоянного тока используются реакторы, с резонансными контурами, которые включаются на подстанциях по схеме, показанной на рис. 25.7, в. Реактор состоит из соединенных последовательно витков медного провода, укрепленных в бетонных стоиках, активное сопротивление реактора во избежание больших потерь электрической энергии должно быть как можно меньше, индуктивное — больше. Резонансные контуры настраиваются в резонанс на соответствующие гармоники пульсирующего напряжения и замыкают накоротко цепи прохождения токов этих гармоник.

Экранирование кабелей связи.

Наиболее радикальным средством защиты коаксиальных и симметричных кабельных цепей от помех является их экранирование. Для защиты от внешних помех поверх сердечника кабеля применяются металлические оболочки. Они, как правило, имеют сплошную цилиндрическую конструкцию и выполняются из свинца, алюминия или стали. Известны также конструкции двухслойных экранирующих оболочек типа алюминий - свинец, алюминий — сталь и др. Применяются также экраны ленточного типа преимущественно из алюминиевых, медных, стальных лент, накладываемых спирально или продольно вдоль кабеля, и оплеточные экраны преимущественно из плоских или круглых проволок (рис. 25.8)

В коаксиальных кабелях для обеспечения требуемых норм помехозащищенности при однокабельной связи внешний провод выполняется биметаллическим (медь — сталь).

Экран локализует действие электромагнитных полей, создаваемых источниками помех, и защищает цепи и каналы связи от взаимных влияний и посторонних источников помех.

В реальных условиях экранирования приходится считаться с воздействием как магнитных, так и электрических полей. Причем может преобладать та или иная компонента поля. Наибольшее воздействие оказывает магнитное поле.

Действие экрана определяется коэффициентом экранирования, представляющим собой отношение напряженности электромагнитного поля в какой-либо точке пространства при наличии экрана (Е^э, Н^э) к напряженности поля в той же точке без экрана (Е, Н): S= E^э /E=Н^э/ H. (25.1)

Коэффициент экранирования S изменяется от 1 до 0, характеризуя в последнем случае наивысший экранирующий эффект.

Чем больше затухание экранирования, тем лучше экранирующий эффект системы.

Экранирующий эффект экранов и оболочек определяется суммарным действием затухания поглощения (А_п) и затухания отражения (А_о). Экранирование поглощения обусловлено тепловыми потерями на вихревые токи в металлическом экране. Чем выше частота и больше толщина экрана, тем больше эффект экранирования. Экранирование отражения связано с несоответствием волновых характеристик металла Z_M, из которого изготовлен экран, и изоляции Z_a, окружающей экран. Чем больше различаются между собой волновые характеристики диэлектрика и металла, тем сильней эффект экранирования за счет отражения.



Рис. 25.8. Металлические оболочки-экраны кабелей связи: а) сплошные; б) ленточные; в) оплеточные

электромагнитная энергия, достигнув экрана, частично проходит через него, соответственно затухая при этом в экране, и частично отражается от него на границе изоляция — экран. На второй границе (экран — изоляция) происходит вторичное отражение энергии и лишь оставшаяся часть энергии проникает в экранированное пространство.

Прошедшая за экран энергия существенно меньше, чем исходная.

УСТРОЙСТВО ЗАЗЕМЛЕНИЙ

Заземление— это устройство, состоящее из заземлителей и проводников, соединяющих заземлители с электрическими установками. Заземлителем называют проводник или группу проводников, выполненных из проводящего материала и находящихся в непосредственном соприкосновении с грунтом. Заземлители могут быть любой формы — в виде трубы, стержня, полосы, листа, проволоки и т. д.

В зависимости от выполняемых заземлениями функций различают рабочее, защитное и линейно-защитное заземления.

В технике связи рабочим заземлением называют устройство, предназначенное для соединения аппаратуры с землей, служащей одним из проводников электрической цепи. К защитным относятся заземления, предназначенные для соединения с землей приборов защиты (молниеотводов, разрядников), а также металлических частей силового оборудования. Линейно-защитными заземлениями называют устройства для заземления металлических оболочек и экранов кабелей

43. Защита кабелей от почвенной, электрокоррозии, межкристаллитной коррозии.

МЕРЫ ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ

Защитные меры по коррозии оболочек кабелей связи производятся как на установках электрифицированного транспорта, так и на сооружениях связи.

На электрифицированном транспорте осуществляются следующие меры защиты:

уменьшают сопротивление рельсов путем качественной сварки стыков;

улучшают изоляцию рельсов от земли (полотно из гравия, щебня, песка);

переполюсовывают источники питания так, чтобы заземлялся минусовый электрод.

На сооружениях связи такими мерами защиты являются:

выбор трассы с менее агрессивным грунтом (песок, глина, суглинок, нежирный чернозем);

применение кабелей с герметичными полиэтиленовыми шлангами поверх металлических оболочек (обязательно для алюминия и стали);

электрический дренаж (от электрической коррозии);

катодные установки (от электрической и почвенной коррозии);

изолирующие муфты (от электрической коррозии);

протекторные установки (от почвенной коррозии);

антивибраторы амортизирующие, рессорные, подвески (от межкристаллитной коррозии).

Электрический дренаж, катодные и протекторные установки относятся к активным электрическим методам защиты, остальные — к пассивным.

Электрический дренаж — это отвод блуждающих токов с защищаемого кабеля посредством проводника. Дренаж подключается к кабелю в середине анодной зоны, т. е. там, где кабель имеет наибольший положительный потенциал по отношению к земле. Блуждающие токи по дренажному кабелю отводятся из оболочки защищаемого кабеля к рельсам или минусовой шине, питающей подстанции. В результате анодная зона на кабеле превращается в катодную (рис. 27.7).

"При необходимости устанавливают несколько дренажей с тем, чтобы на всем сближении кабелей связи с эл. ж. д. оболочка имела отрицательный потенциал. Такие дренажи называются прямыми электрическими дренажами.

Протекторная защита, по существу, аналогична катодной защите, только в данном случае для создания отрицательного потенциала на оболочке кабеля используется не посторонний источник тока, а ток, появляющийся за счет разности электрохимических потенциалов при соединении различных металлов. Этот ток направлен от более высокого потенциала к более низкому. В результате его действия разрушению подвергается металл с более низким потенциалом.

Обычно для протекторных электродов (протекторов) используются магниевые сплавы МЛ, состоящие из магния, алюминия и цинка. Электрод представляет собой цилиндр длиной 600—900 мм, диаметром 150—240 мм с контактным стальным стержнем (рис. 27.11). Применяются три типа протекторов: ПМ-5У, ПМ-10У и ПМ-20У.

принцип протекторной защиты состоит в том, что катодная зона на оболочке кабеля создается в результате ее соединения изолированным проводом с заземленным протекторным электродом, имеющим более низкий электрохимический потенциал, чем потенциал заземляемой оболочки, Такой электрод является анодом, и ток с него будет стекать в землю. Оболочка кабеля при этом становится катодом, и следовательно, защищена от коррозии. Например, разность потенциала кабеля со свинцовой оболочкой и магниевого электрода составит U=—2,37— (-0,126) = -2,24 В.

Протекторные электроды применяются главным образом для защиты от почвенной коррозии и устанавливаются по два-три на усилительный участок, при этом расстояние между ними и кафелем должно быть не нее 2—6 м, глубина закопки 0,6 - 1,8 м. Протектор включается через контрольно-испытательные пункты (КИП)