6.2.3. Определение параметров коаксиальных кабелей - 6. Фидерные линии (устройства

Лекция

Это окончание невероятной информации про фидерные линии.

...

0.07

0.1

0.17

0,215

RG215U

50+_2

101

066

0,07

0.1

0.17

0.215

RG217U

50+_2

101

0.66

0.045

0.07

0,123

0.156

RG 218 U

50+_2

101

0.66

0029

0.045

0.081

0.102

RG 219 U

50+_2

101

0.66

0,029

0,045

0.081

0.102

RG 220 U

50+_2

101

0.6

0,023

0.038

007

0,089

RG 223 U

50+_2

101

0.66

0.13

0.2

0 34

0.43

RG 316 U

50+_2

0,28

0,4

068

0.86

Belden 9913

0.84

0043

0.061

0.096

9,121

Flexi-4XL

0,84

0043

0.061

0,096

0.121

RLF-7*

-8

0.061

0.086

0.136

0.223 (1,0)

Таблица 6.17. Справочные данные

Таблица 6.18. Справочные данные

Таблица 6.19. Справочные данные

Таблица 6.20. Справочные данные

Таблица 6.21. Справочные данные

Таблица 6.22. Справочные данные

Примечание: на кабели, обозначенные «звездочкой», дополнительно указывается частота измерения.

6.2.3. Определение параметров коаксиальных кабелей

Имеется множество способов для определения параметров неизвестного Вам коаксиального кабеля.

Значение волнового сопротивления кабеля характеризуется соотношением погонных индуктивности и емкости. Отсюда следует, что оно зависит от размеров, формы и взаимного расположения проводников в его поперечном сечении и диэлектрической проницаемости материала внутренней изоляции, разделяющего проводники.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЛНОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ КОАКСИАЛЬНОГО КАБЕЛЯ ПО ИЗВЕСТНЫМ ГЕОМЕТРИЧЕСКИМ РАЗМЕРАМ.

Сначала необходимо измерить внутренний диаметр D экрана (рис.6.11), сняв защитную оболочку с конца кабеля и завернув оплетку (внешний диаметр внутренней изоляции). Затем следует измерить диаметр d центральной жилы, сняв предварительно изоляцию. Подставив в формулу 6.4 значение диэлектрической проницаемости материала внутренней изоляции из приложения 9 и результат предыдущих измерений, находим волновое сопротивление кабеля.

Рис. 6.11. Измерение диаметров внутренней изоляции неизвестного коаксиального кабеля.

Кроме того, волновое сопротивление кабеля можно определить по монограмме {рис 6.12).

Рис. 6.12. Номограмма для определения волнового сопротивления кабеля

Для этого необходимо СОЕДИНИТЬ прямой линией ТОЧКИ НА ШКАЛЕ «D/d» (отношения внутреннего диаметра экрана и диаметра внутренней жилы) И НА ШКАЛЕ «Е» (величины диэлектрической проницаемости внутренней изоляции кабеля]. ТОЧКА ПЕРЕСЕЧЕНИЯ проведенной прямой СО ШКАЛОЙ «R» номограммы соответствует искомой величине волнового сопротивления определяемого кабеля.

Неизвестное волновое сопротивление также может быть найдено и с помощью измерительного моста LC, для чего:

- прибор подключить к точкам А-Б (рис.6.13) измеряемого кабеля длиной l;

- измерить емкость между центральной жилой и оплеткой {внешним проводником) кабеля;

- закоротив точки В-Г, измерить индуктивность;

- измеренные значения индуктивности (Гн) и емкости (Ф) подставить в формулу 6.11.

Наконец, волновое сопротивление кабеля Z в Омах можно подсчитать по результатам измерений емкости и коэффициента укорочения длины волны в кабеле по формуле 6.22:

Z = 3333 • n / Со, (6.22)

где n - коэффициент укорочения длины волны в кабеле;

Со - емкость кабеля, пф/м.

Волновое сопротивление кабеля может быть определено и другими методами, если при его определении погрешность измерения составляет не более ±2%.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ. В тех

случаях, когда диэлектрическая проницаемость внутренней изоляции кабеля неизвестна, ее можно вычислить, воспользовавшись следующим способом [6.6]:

- измерить емкость отрезка кабеля (Q-метром, либо с помощью прибора для измерения емкости);

- рассчитать по формуле 6.23 емкость ранее измеренного отрезка кабеля

где С* - расчетная емкость отрезка кабеля, пФ;

Сим - измеренная емкость отрезка кабеля, пФ; i l - длина отрезка {не меньше 15-20 см, иначе снижается точность измерений), (м);

D - диаметр внутренней изоляции.мм;

d - диаметр центрального проводника,мм.

еv = 1 - диэлектрическая проницаемость воздуха;

e* - рассчитанная диэлектрическая проницаемость.

Прибор для измерения емкости следует подключать к точкам А-Б (рис. 6.13)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА УКОРОЧЕНИЯ ДЛИНЫ ВОЛНЫ. Если нет справочных данных по диэлектрической проницаемости, то коэффициент укорочения можно вычислить, воспользовавшись формулой

n = с • Z • Со, (6.25)

где n - коэффициент укорочения длины волны;

Z - волновое сопротивление кабеля, Ом;

Со - погонная емкость кабеля, Ф/м;

с = 3* 10^8 м/с - скорость распространения волны.

Формула позволяет определять коэффициент укорочения не только в коаксиальных кабелях, но и в других линиях (без потерь или с малыми потерями), если известны их волновые сопротивления и погонные емкости.

ОДНОРОДНОСТЬ ВОЛНОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ по длине кабеля выражается в значениях местных коэффициентов отражения и измеряется импульсным методом с помощью временных рефлектометров. Также измерения проводят последовательно с двух концов кабеля.

НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ВОЛНОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ является мерой изменения в полосе частот нормированного входного сопротивления кабеля, нагруженного на согласованную нагрузку, и выражается величиной КСВн или двадцатикратным значением десятичного логарифма обратного значения модуля входного коэффициента отражения р вх (дБ):

КСВн = 20 Ig1/p вх. (6.26)

Его измеряют с двух концов кабеля панорамными методами с применением частотных рефлектометров или измерителей 5-параметров четырехполюсников (Р4-11).

КОЭФФИЦИЕНТ ЗАТУХАНИЯ (в) измеряют на частоте, указанной в стандарте или ТУ. Значение в измеряют в дБ/м, за исключением кабелей со спиральными проводниками, для которых в выражается в дБ/мкс.

Рекомендуется использовать панорамные методы измерения коэффициента затухания. На частотах ниже 0,2 ГГц допускаются методы измерений на резонансной чатоте f*, ближайшей к той, на которой затухание нормировано. Для определения коэффициента затухания на других частотах можно воспользоваться формулой

где в* - известные значения коэффициентов затухания на частоте f*, дБ/м;

f - частота, для которой производится пересчет коэффициента затухания р.

Формула действительна для фидеров с воздушным диэлектриком, а для фидеров с другими диэлектриками - только до частоты f = 300 МГц.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ СИММЕТРИЧНОГО КАБЕЛЯ и ЕМКОСТНАЯ АССИММЕТРИЯ измеряется на частотах 800 Гц или более. Измерения производят с помощью моста переменного тока или другого прибора, который может быть применен для измерения емкости на указанных частотах с погрешностью не более ±1%. Электрическую емкость (С) в пикофарадах на метр и емкостную ассимметрию (е) в процентах симметричных кабелей с общим для обеих изолированных жил экраном вычисляют по формулам:

С = [2 (С1+С2) - С12] / 4*l (6.28) е = 400 (С1 - С2) / [2 (С1 + С2) - С12], (6.29)

где С1 - электрическая емкость между первой и второй

жилой, соединенной с экраном, пФ;

С2 - электрическая емкость между второй и первой

жилой, соединенной с экраном, пФ;

С12 - электрическая емкость между соединенными вместе

первой и второй жилами и экраном, пФ;

/ - длина образца, м.

Длина образца должна быть не менее 1 м и не более числа, величина которого в метрах равна

/ = 20 /f • п, (6.30)

где: f - частота измерения, МГц;

п - коэффициент укорочения длины волны в кабеле.

6.2.4. Рекомендации по эксплуатации коаксиальных кабелей

При монтаже коаксиальных кабелей необходимо соблюдать минимальные радиусы изгиба (оговариваются в стандарте или ТУ на кабели разных марок). Так, для кабеля РК-75-4-11 минимальный радиус изгиба при t> +5°C - 40 мм, а при t< +5°C - 70 мм. Сгибать кабель под меньшим радиусом не рекомендуется. Следует также учитывать, что под действием собственного веса кабель вытягивается. Это необходимо учитывать при прокладке кабеля (по вертикали) и между строениями. Его следует закреплять к стене (мачте) или вспомогательному тросу через каждые 1-2 м.

При хранении кабелей с воздушной и полувоздушной изоляцией их концы должны быть защищены от проникновения влаги внутрь кабеля, а при эксплуатации необходимо применять герметичные соединители.

Срастить два отрезка коаксиального кабеля 1 можно способом, показаным на рис. 6.14, для чего освобожденные от изоляции части центральных проводников кабелей необходимо максимально укоротить. Места пайки проводников не должны иметь значительных утолщений, поэтому центральные (внутренние) проводники частично спиливают надфилем (одна сторона проводника окажется плоской). После залуживания оловянно-свинцовым припоем спиленные концы проводников накладывают друг на друга и запаивают. Чтобы не изменить волновое сопротивление, необходимо восстановить на месте сращиваемого участка кабеля внутреннюю изоляцию 3 (предварительно изготавливается из снятой с кабеля внутренней полиэтиленовой изоляции). Деталь 2 вырезают из жести или

медной фольги толщиной около 0,1...0,2 мм и устанавливают поверх соединенного участка с восстановленной изоляцией 3. Пайку оплетки кабелей следует произвести в местах вырезов детали 2. Для придания прочности соединению деталь 2 по всей длине целесообразно плотно обмотать изолентой 4.

При пайке центральной жилы нельзя допускать ее перегрева, т. к. при этом происходит смещение и нарушается однородность волнового сопротивления.

При монтаже кабелей и разделке оплеток последние нельзя разрезать: оплетку надо расплести, скрутить в одну или две косички и залудить. Разделывая кабель, необходимо следить за тем, чтобы случайно не была подрезана центральная жила и чтобы не замкнуть на нее проволочную оплетку.

Следует учитывать эффективность экранирования коаксиальной линии, которая определяется как отношение энергии, передаваемой внутри коаксиальной линии, к энергии, просачивающейся во внешнее пространство. Об эффективности экранирования коаксиального кабеля можно судить по его конструкции: чем выше плотность внешнего проводника (экрана), тем больше значение этого параметра. Наибольшее значение эффективности экранирования имеют кабели с дополнительной экранной оболочкой (рис.б. 15) из фольги (медь, алюминий).

Рис. 6.15. Коаксиальный кабель с дополнительной экранной оболочкой

Эффективность экранирования новых, т.е. не бывших в эксплуатации коаксиальных линий, составляет 60-100 дБ.

О погонном затухании в коаксиальном кабеле типа РК можно судить по его конструкции: чем больше диаметр внутренней изоляции кабелей (в обозначении марки кабеля он указан в миллиметрах после цифры 75), тем меньше его погонное затухание.

Применение каоксиальных кабелей

Основное назначение коаксиального кабеля — передача высокочастотного сигнала в различных областях техники:

системы связи;
вещательные сети;
компьютерные сети;
антенно-фидерные системы;
АСУ и другие производственные и научно-исследовательские технические системы;
системы дистанционного управления, измерения и контроля;
системы сигнализации и автоматики;
системы объективного контроля и видеонаблюдения;
каналы связи различных радиоэлектронных устройств мобильных объектов (судов, летательных аппаратов и др.);
внутриблочные и межблочные связи в составе радиоэлектронной аппаратуры;
каналы связи в бытовой и любительской технике;
военная техника и другие области специального применения.

Кроме передачи сигнала, отрезки кабеля могут использоваться и для других целей:

кабельные линии задержки;
четвертьволновые трансформаторы;
симметрирующие и согласующие устройства;
фильтры и формирователи импульса.

Существуют коаксиальные кабели для передачи низкочастотных сигналов (в этом случае оплетка служит в качестве экрана) и для постоянного тока высокого напряжения. Для таких кабелей волновое сопротивление не нормируется.

Классификация каоксиальных кабелей

По назначению — для систем кабельного телевидения, для систем связи, авиационной, космической техники, компьютерных сетей, бытовой техники и т. д.

6. Фидерные линии (устройства питания антенн) Коаксиальный ВЧ кабель

По волновому сопротивлению (хотя волновое сопротивление кабеля может быть любым), стандартными являются пять значений по российским стандартам и три по международным:

50 Ом — наиболее распространенный тип, применяется в разных областях радиоэлектроники. Причиной выбора данного номинала была, прежде всего, возможность передачи радиосигналов c минимальными потерями в кабеле со сплошным полиэтиленовым диэлектриком, а также близкие к предельно достижимым показания электрической прочности и передаваемой мощности;
75 Ом — распространенный тип:
- в СССР и России применяется преимущественно со сплошным диэлектриком в телевизионной и видеотехнике. Его массовое применение было обусловлено приемлемым соотношением стоимости и механической прочности при протягивании, так как метраж этого кабеля значителен. При этом потери не имеют решающего значения, так как сигналы большой мощности по таким кабелям обычно не передавались.
- В США используется для кабельных телевизионных сетей — со вспененным диэлектриком. Эти кабели имеют центральную жилу из омедненной стали, поэтому их стоимость незначительно зависит от диаметра центральной жилы. Поэтому. по предположению авторов, причиной выбора этого номинала в США был компромисс между потерями в кабеле и гибкостью кабеля.

Также раньше имело значение согласование такого кабеля с волновым сопротивлением наиболее распространенного^{[источник не указан 2721 день]} типа антенн — полуволнового диполя (73 ом). Но поскольку коаксиальный кабель несимметричен, а полуволновой диполь симметричен по определению, для согласования требуется симметрирующее устройство, иначе оплетка кабеля (фидер) начинает работать как антенна.

93 Ом — применялся в компьютерных сетях стандарта ArcNet.
100 Ом — применяется редко, в импульсной технике и для специальных целей;
150 Ом — применяется редко, в импульсной технике и для специальных целей, международными стандартами не предусмотрен;
200 Ом — применяется крайне редко, международными стандартами не предусмотрен;
Имеются и иные номиналы; кроме того, существуют коаксиальные кабели с ненормируемым^{[источник не указан 3575 дней]} волновым сопротивлением: наибольшее распространение они получили в аналоговой звукотехнике.

По диаметру изоляции:

субминиатюрные — до 1 мм;
миниатюрные — 1,5—2,95 мм;
среднегабаритные — 3,7—11,5 мм;
крупногабаритные — более 11,5 мм.

По гибкости (стойкость к многократным перегибам и механический момент изгиба кабеля): жесткие, полужесткие, гибкие, особогибкие.

По степени экранирования:

со сплошным экраном
- с экраном из металлической трубки
- с экраном из луженой оплетки
с обычным экраном
- с однослойной оплеткой
- с двух- и многослойной оплеткой и с дополнительными экранирующими слоями
излучающие кабели, имеющие намеренно низкую (и контролируемую) степень экранировки

Международные обозначения

Системы обозначений в разных странах устанавливаются международными, национальными стандартами, а также собственными стандартами предприятий-изготовителей (наиболее распространенные серии марок RG, DG, SAT).

Категории

Кабели делятся по шкале Radio Guide. Наиболее распространенные категории кабеля:

RG-11 и RG-8 — «толстый Ethernet» (Thicknet), 75 Ом и 50 Ом соответственно. Стандарт 10BASE-5;
RG-58 — «тонкий Ethernet» (Thinnet), 50 Ом. Стандарт 10BASE-2:

RG-58/U — сплошной центральный проводник,
RG-58A/U — многожильный центральный проводник,
RG-58C/U — военный кабель;

RG-59 — телевизионный кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Российский аналог РК-75-х-х («радиочастотный кабель»);
RG-6 — телевизионный кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Кабель категории RG-6 имеет несколько разновидностей, которые характеризируют его тип и материал исполнения. Российский аналог РК-75-х-х;
RG-11 — магистральный кабель, практически незаменим, если требуется решить вопрос с большими расстояниями. Этот вид кабеля можно использовать даже на расстояниях около 600 м. Укрепленная внешняя изоляция позволяет без проблем использовать этот кабель в сложных условиях (улица, колодцы). Существует вариант S1160 с тросом, который используется для надежной проброски кабеля по воздуху, например, между домами;
RG-62 — ARCNet, 93 Ом.

«Тонкий» Ethernet

Был наиболее распространенным кабелем для построения локальных сетей. Диаметр примерно 6 мм и значительная гибкость позволяли ему быть проложенным практически в любых местах. Кабели соединялись друг с другом и с сетевой платой в компьютере при помощи T-коннектора BNC. Между собой кабели могли соединяться с помощью I-коннектора BNC (прямое соединение). На обоих концах сегмента должны быть установлены терминаторы. Поддерживает передачу данных до 10 Мбит/с на расстояние до 185 м.

«Толстый» Ethernet

Более толстый, по сравнению с предыдущим, кабель — около 12 мм в диаметре, имел более толстый центральный проводник. Плохо гнулся и имел значительную стоимость. Кроме того, при присоединении к компьютеру были некоторые сложности — использовались трансиверы AUI (Attachment Unit Interface), присоединенные к сетевой карте с помощью ответвления, пронизывающего кабель, т. н. «вампирчики». За счет более толстого проводника передачу данных можно было осуществлять на расстояние до 500 м со скоростью 10 Мбит/с. Однако сложность и дороговизна установки не дали этому кабелю такого широкого распространения, как RG-58. Исторически фирменный кабель RG-8 имел желтую окраску, и поэтому иногда можно встретить название «Желтый Ethernet» (англ. Yellow Ethernet).

Вспомогательные элементы коаксиального тракта

Коаксиальные соединители — для подключения кабелей к устройствам или их сочленения между собой, иногда кабели выпускаются из производства с установленными соединителями.
Коаксиальные переходы — для сочленения между собой кабелей с непарными друг другу соединителями.
Коаксиальные тройники, направленные ответвители и циркуляторы — для разветвлений и ответвлений в кабельных сетях.
Коаксиальные трансформаторы — для согласования по волновому сопротивлению при соединении кабеля с устройством или кабелей между собой.
Оконечные и проходные коаксиальные нагрузки, как правило, согласованные — для установления нужных режимов волны в кабеле.
Коаксиальные аттенюаторы — для ослабления уровня сигнала в кабеле до необходимого значения.
Ферритовые вентили — для поглощения обратной волны в кабеле.
Грозоразрядники на базе металлических изоляторов или газоразрядных устройств — для защиты кабеля и аппаратуры от атмосферных разрядов.
Коаксиальные переключатели, реле и электронные коммутирующие коаксиальные устройства — для коммутации коаксиальных линий.
Коаксиально-волноводные и коаксиально-полосковые переходы, симметрирующие устройства — для состыковки коаксиальных линий с волноводными, полосковыми и симметричными двухпроводными.
Проходные и оконечные детекторные головки — для контроля высокочастотного сигнала в кабеле по его огибающей.

Основные нормируемые характеристики

Волновое сопротивление
Погонное ослабление на разных частотах
Погонная емкость
Погонная индуктивность
Коэффициент укорочения
Диаметр центральной жилы
Внутренний диаметр экрана
Внешний диаметр оболочки
Коэффициент стоячей волны
Максимальная передаваемая мощность
Максимальное допустимое напряжение
Минимальный радиус изгиба кабеля

Расчет характеристик

Определение погонной емкости, погонной индуктивности и волнового сопротивления коаксиального кабеля по известным геометрическим размерам проводится следующим образом.

Сначала необходимо измерить внутренний диаметр D экрана, сняв защитную оболочку с конца кабеля и завернув оплетку (внешний диаметр внутренней изоляции). Затем измеряют диаметр d центральной жилы, сняв предварительно изоляцию. Третий параметр кабеля, который необходимо знать для определения волнового сопротивления, — диэлектрическая проницаемость ε материала внутренней изоляции.

Погонная емкость C_h (в Международной системе единиц (СИ), результат выражен в фарадах на метр) вычисляется по формуле емкости цилиндрического конденсатора: