экз нсс. Контрольные вопросы для промежуточной аттестации (экзамен) по дисциплине Направляющие системы электросвязи
 Скачать 93.11 Kb.
|
|
Контрольные вопросы для промежуточной аттестации (экзамен) по дисциплине «Направляющие системы электросвязи» ФИО – Литвиненко Никита Ильич, группа ИКТ-92, шифр 193172 Номер в списке группы – 11. 11. Первичные и вторичные параметры передачи коаксиальных цепей. Первичные параметры передачи коаксиальных цепей. В отличие от проводников, где имеются свободные электроны и действует ток проводимости Іпр, в диэлектрике нет свободных электронов, а имеются ионы и связанные диполи. Под действием переменного электромагнитного поля в диэлектрике происходит смещение диполей, их переориентация и поляризация. Поляризацией называется смещение положительных и отрицательных зарядов в диэлектрике под действием электрического поля. Переменная поляризация обусловливает возникновение и действие токов смещения – емкостных токов Ісм и вызывает затраты энергии на переориентацию диполей (потери в диэлектрике). Чем выше частота колебаний, тем сильнее токи смещения и больше потери. При постоянном токе эти явления отсутствуют. Явления в диэлектрике полностью характеризуются двумя параметрами: емкостью С, определяющей способность поляризации и величину токов смещения, и проводимостью G, определяющей величину потерь в диэлектрике. Емкость кабеля аналогична емкости конденсатора, где роль обкладок выполняют проводники, а диэлектриком служит расположенный между ними изоляционный материал или воздух. При определении емкости коаксиального кабеля учитывают, что он аналогичен цилиндрическому конденсатору и его электрическое поле создается двумя цилиндрическими поверхностями с общей осью. Вследствие осевой симметрии напряженность электрического поля имеет равные потенциалы на определенном расстоянии от центра кабеля. Проводимость изоляции G может быть определена как составляющая потерь в диэлектрике конденсатора, емкость которого эквивалентна емкости кабеля (рис. 2.1).  Рис 2.1 Проводимость изоляции и емкость коаксиального кабеля могут быть рассчитаны по формулам. Емкость C=2πεa/ln(rb/ra), Ф/м. Проводимость изоляции G=2πσ/ln(rb/ra), См/м. Обычно принято проводимость изоляции G выражать через тангенс угла диэлектрических потерь в изоляции кабеля tg δ=G/ωC=σ/ωεa. Тогда G = [2π/ln(rb/ra)] ωεa tg δ = ωC tg δ. Заменяя в выражении емкости εа=ε0εr , получим для 1 км кабеля (где ε0=10-9/(36π), Ф/м) C=εr10-6/[18ln(rb/ra)]. Соответственно G=ωC tg δ, Cм/км,
где εr и tg δ – δиэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь изоляции. Эффективность значения εэ и tg δэ комбинированной изоляции, применяемой в коаксиальных кабелях, приведены в таблице. В общем виде, кроме проводимости изоляции, обусловленной диэлектрическими потерями G, необходимо учитывать также проводимость, обусловленную утечкой тока в силу несовершенства изоляции: G=1/Rиз. По величине эта проводимость изоляции обратно пропорциональна сопротивлению изоляции кабеля. В коаксиальных кабелях Rиз нормируется величиной 10 000 МОм·км. Таким образом, проводимость изоляции коаксиального кабеля, G=1/Rиз+ωC·tgδ, См/км. По абсолютной величине в используемом диапазоне частот второй член существенно больше первого, поэтому 1/Rиз можно не учитывать. Проанализируем полученные результаты и рассмотрим зависимости первичных параметров коаксиального кабеля. На рис.2.1 приведены частотные зависимости параметров коаксиального кабеля Из рисунка видно, что с тостом частоты активное сопротивление закономерно возрастает за счет поверхностного эффекта и эффекта близости. Причем наибольшее удельное значение имеет сопротивление внутреннего проводника: величина Rа больше Rб в 3-4 раза. Индуктивность с увеличением частоты уменьшается. Это обусловлено уменьшением внутренней индуктивности проводников Lа и Lб за счет поверхностного эффекта. Внешняя индуктивность Lвш не меняется с изменением частоты. Емкость не зависит от частоты. Проводимость изоляции с ростом частоты линейно возрастает. Величина ее зависит в первую очередь от качества диэлектрика, используемого в кабеле и характеризуемого величиной угла диэлектрических потерь tg δ. Вторичные параметры передачи коаксиальных цепей. Коаксиальные кабели практически используются в спектре частот от 60 кГц и выше, где R<<ωL и G<<ωC. Поэтому вторичные параметры передачи их рассчитываются по следующим формулам:   где ам – коэффициент затухания вследствие потерь в металле; ад – коэффициент затухания вследствие потерь в диэлектрике. Однако вторичные параметры передачи коаксиальных кабелей целесообразно выражать непосредственно через габаритные размеры (d и D) и параметры изоляции(ε и tg δ). Коэффициент затухания а, дБ/км, находится при подстановке в формулу первичных параметров. Для кабеля с медными проводниками получим:  При замене медных проводников на алюминиевые затухание возрастает пропорционально соотношению активных сопротивлений или соответствий обратно пропорционально корню квадратному или проводимостей металлов  т.е. затухание коаксиального кабеля с алюминиевыми проводниками больше, чем с медными, на 29%. При замене только внешнего проводника на алюминиевый затухание возрастает в соотношении  При соотношении радиусов проводников rb/ra=3.6 получим ама/ам=Rма/Rм=1.06, т. е. Затухание кабеля возрастает всего на 6%. Изложенное дает основание сделать вывод о целесообразности применения коаксиальных кабелей с внешним алюминиевым проводником. В этом случае затухание увеличивается всего на 6%, а расход меди на изготовление коаксиального кабеля сокращается на 65%. Потери в металле аи изменяются пропорционально  , а потери в диэлектрике ад связаны с частотой линейным законом и с увеличением ƒВозрастают значительно быстрее (Рис.3.1).  Рис 3.1 При использовании высококачественных диэлектриков (с малым tg δ) можно добиться в определенном частотном диапазоне очень малых диэлектрических потерь и положить ад=0. при очень высоких частотах они настолько возрастут, что величина ад играет значительную роль в общем затухании кабеля. В практически используемом спектре частот передачи по коаксиальным кабелям (до 60·106 Гц) при современных кабельных диэлектриках величина ад незначительна (не превышает 2-3% ам) и затухание увеличивается примерно пропорционально  .Коэффициент фазы β, рад/км, коаксиальной пары определяется из уравнения  . Подставляя сюда значения L и C, получим  . Коэффициент фазы можно выразить также через С и  , рад/км, где С – скорость света равная 300 000 км/с.Скорость распространения υ, км/с, электромагнитной энергии по коаксиальным парам  .Коэффициент сдвига фаз определяет длину волны в кабеле:  Из приведенных формул видно, что коэффициент фазы возрастает с увеличением частоты прямолинейно. Это обусловливает почти полное постоянство скорости передачи энергии по коаксиальному кабелю во всем рассматриваемом спектре частот. Скорость передачи уменьшается с увеличением диэлектрической проницаемости. Так, при сплошной полиэтиленовой изоляции (εr=2.3) с=200 000 км/с, а при воздушно комбинированной изоляции коаксиальной пары (εr=1.1), с=285 000 км/с. Скорость передачи энергии по коаксиальным парам выше, чем по симметричным, и почти приближается к скорости распространения электромагнитных волн в воздухе (300 000 км/с). Волновое сопротивление Ζв, Ом, коаксиальной пары для высоких частот определяется выражением  или  где  - волновое сопротивление диэлектрика.Имея в виду, что μа=μ0μr и αa=ε0εr ,где μ0=4π·10-7, Гн/м, и ε0=10-9/36π, Τ/м, получим  где  - волновое сопротивление воздушного пространства. Для среды μr=1 получим В коаксиальных парах со сплошным диэлектриком (εr=2.3) ΖB=50 Ом, а при комбинированной изоляции (εr=1.1) величина волнового сопротивления составляет примерно 75 Ом.  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||