Лабораторна робота №2 Дослідження пропускної спроможності кабельних коаксіальних ліній зв'язку
Мета роботи: Дослідження пропускної спроможності різних по конструкції коаксіальних кабелів зв'язку і їх порівняльна оцінка по пропускній спроможності з каналами в симетричних кабельних лініях зв'язку.
1.Теоретичні відомості
Конструкція коаксіального кабелю
На рис. 2.1 показані головні складові елементи коаксіального кабелю.
Рисунок 2.1 Телевізійний коаксіальний кабель типу RG-59
Коаксіальний кабель (див. рис. 2.1) складається з:
· A - оболонки (служить для ізоляції і захисту від зовнішніх дій) зі світлостабілізованого (тобто стійкого до ультрафіолетового випромінювання сонця) поліетилену;
· B - зовнішнього провідника (екрану) у вигляді обплетення, фольги, покритої шаром алюмінієвої плівки і їх комбінацій, а також гофрованої трубки, переплетення металевих стрічок з міді, мідного або алюмінієвого сплаву;
C - ізоляції, що виконана у вигляді суцільного (поліетилен, вспінений поліетилен, суцільний фторопласт, фторопластова стрічка і т. п.) або напівповітряного (кордельно-трубчатий повів, шайби і ін.) діелектричного заповнення, що забезпечує постійність взаємного розташування (співісність) внутрішнього і зовнішнього провідників;
· D - внутрішнього провідника у вигляді одиночного прямолінійного або звитого в спіраль дроту, багатожильного проводу, трубки, що виконуються з міді, мідного сплаву, алюмінієвого сплаву, обмідненої сталі, обмідненого алюмінію, посрібленій міді і тому подібне.
Завдяки збігу центрів обох провідників, а також певному співвідношенню між діаметром центральної жили і екрану, усередині кабелю в радіальному напрямі утворюється режим стоячої хвилі, що дозволяє понизити втрати електромагнітної енергії на випромінювання майже до нуля. В той же час екран забезпечує захист від зовнішніх електромагнітних перешкод.
Внутрішній провідник, центральний і циліндровий, виготовляється, як правило, з електролітичної міді (лудженою чи ні) - по ньому і відбувається передача сигналу користувачам. Чим більше діаметр внутрішнього провідника, тим втрати менші. Високочастотні радіосигнали передаються, як правило, в поверхневому шарі провідника (скін-ефект). Чим вище частота, тим тонше провідний шар.
Електричні параметри
Щоб правильно вибрати коаксіальний кабель, необхідно керуватися наступними чотирма основними параметрами:
а) Згасання сигналу. Визначає втрати при передачі сигналу по кабелю. Вимірюється в дБ/100м при даній частоті передачі, довжині і конструкції кабелю, згасання залежить від:
· діаметру внутрішнього провідника - провідники більшого діаметру характеризуються меншим згасанням;
· будови внутрішнього провідника і способу обробки його поверхні;
· природи діелектрика - чим нижче значення діелектричної проникності, тим слабкіше загасання;
· ефективності екранування зовнішнім провідником.
б) Імпеданс. Імпеданс - це опір кабеля відносно проходження високочастотних сигналів. Характерний імпеданс (Z ) - це відношення між прикладеною напругою і поглиненим струмом в коаксіальному кабелі нескінченної довжини. Стандартні значення характерного імпедансу для кабелів, що застосовуються в даний час, - 50 Ом, 75 Ом, 93 Ом і 105 Ом. Для розподільних мереж застосовуються стандартні кабелі з характерним імпедансом 75 Ом. Стандарт "IEC 12-15" для коаксіальних кабелів на 75 Ом допускає відхилення не більше ніж +/- 3 Ом. Значення імпедансу залежить від діаметрів внутрішнього і зовнішнього провідників, а також від типу діелектрика. Для кабелів з імпедансом 75 Ом відношення між діаметрами внутрішнього і зовнішнього провідників складає 1:6 і 1:4,5 в залежності від екрануючого провідника.
в) Ефективність екранування. Ефективність екранування (A) - здатність протистояти зовнішній електромагнітній дії. Ця величина, вимірювана в дБ, показує, наскільки затухають в кабелі сигнали зовнішніх перешкод. Аналогічно захищаються сигнали, що передаються по кабелю. Добре екрановані кабелі не випромінюють в зовнішнє середовище. Найкращий і найбільш економічний метод - це екранування фольгою з обплетенням.
г) Структурні зворотні втрати. Ця величина показує, наскільки бездоганно коаксіальний кабель виконаний. Цей "технологічний" параметр - міра віддзеркалення сигналу із-за структурних дефектів в кабелі. Чим вище значення цієї величини (дБ), тим кабель вважається кращим. Кращі кабелі майже не допускають віддзеркалення при передачі сигналів в широкому діапазоні частот. Якщо в кабелі багато структурних дефектів, то первинний сигнал сильно спотворюється, в такому кабелі на певних частотах має місце сильне згасання сигналу.
Класифікація коаксиальних кабелів:
За призначенням - для систем кабельного телебачення, для систем зв'язку, авіаційної, космічної техніки, комп'ютерних мереж, побутової техніки і т. д.;
По хвильовому опору (хоча хвильовий опір кабелю може бути будь-яким), стандартними є п'ять значень і три по міжнародних стандартах:
· 50 Ом - найбільш поширений тип, застосовується в різних областях радіоелектроніки;
· 75 Ом - поширений тип, застосовується переважно в телевізійній і відеотехніці;
· 100 Ом - застосовується рідко, в імпульсній техніці і для спеціальних цілей;
· 150 Ом - застосовується рідко, в імпульсній техніці і для спеціальних цілей, міжнародними стандартами не передбачений;
200 Ом - застосовується украй рідко, міжнародними стандартами не передбачений.
По діаметру ізоляції:
· субмініатюрні - до 1 мм;
· мініатюрні - 1,5-2,95 мм;
· среднегабаритні - 3,7-11,5 мм;
· великогабаритні - більше 11,5 мм.
По гнучкості (стійкість до багатократних перегинів і механічний момент вигину кабелю):
· жорсткі;
· напівжорсткі;
· гнучкі;
· особливогнучкі.
Позначення радянських коаксиальних кабелів
По ГОСТ 11326.0-78 марки кабелів повинні складатися з букв, що означають тип кабелю, і трьох чисел (розділених дефісами).
Перше число означає значення номінального хвилевого опору. Друге число означає - для коаксіальних кабелів - значення номінального діаметру по ізоляції, закруглене до найближчого меншого цілого числа для діаметрів більше 2 мм (за винятком діаметру 2,95 мм, який повинен бути закруглений до 3 мм, і діаметру 3,7 мм, який округляти не слід):
· для кабелів із спіральними внутрішніми провідниками - значення номінального діаметру сердечника;
· для двопровідних кабелів з провідниками в окремих екранах - значення діаметру по ізоляції, закруглене так само, як і для коаксіальних кабелів;
· для двопровідних кабелів з провідниками в загальній ізоляції або скручених з окремо ізольованих провідників - значення найбільшого розміру по заповненню або діаметру по скручуванню.
Третє - дво або тризначне число - означає: перша цифра - групу ізоляції і категорію теплостійкості кабелю, а подальші цифри означають порядковий номер розробки. Кабелям відповідної теплостійкості привласнено наступне цифрове позначення:
· 1 - звичайній теплостійкості з суцільною ізоляцією;
· 2 - підвищеній теплостійкості з суцільною ізоляцією;
· 3 - звичайній теплостійкості з напівповітряною ізоляцією;
· 4 - підвищеній теплостійкості з напівповітряною ізоляцією;
· 5 - звичайній теплостійкості з повітряною ізоляцією;
· 6 - підвищеній теплостійкості з повітряною ізоляцією;
· 7 - високій теплостійкості.
До марки кабелів підвищеної однорідності або підвищеної стабільності параметрів в кінці через тире додають букву С.
Приклад умовного позначення радіочастотного коаксіального кабелю з номінальним хвилевим опором 50 Ом, з суцільною ізоляцією звичайної теплостійкості, номінальним діаметром по ізоляції 4,6 мм і номером розробки 1 «Кабель РК 50-4-II ГОСТ (ТУ)*».
Позначення імпортних кабелів
Системи позначень в різних країнах встановлюються міжнародними, національними стандартами, а також власними стандартами підприємств-виготівників (найбільш поширені серії марок RG, DG, SAT).
Категорії кабелів
Кабелі діляться за шкалою Radio Guide. Найбільш поширені категорії кабелю:
RG-8 и RG-11 — «Товстий Ethernet» (Thicknet), 50 Ом. Стандарт 10BASE5;
RG-58 — «Тонкий Ethernet» (Thinnet), 50 Ом. Стандарт 10BASE2:
RG-58/U — суцільний центральний провідник,
RG-58A/U — багатожильний центральний провідник,
RG-58C/U — військовий кабель;
RG-59 — телевізійний кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Російський аналог РК-75-х-х («радіочастотний кабель»);
RG-6 — телевізійний кабель (Broadband/Cable Television), 75 Ом. Кабель категорії RG-6 має декілька різновидів, які характеризують його тип і матеріал виконання. Російський аналог РК-75-х-х;
RG-11- магістральний кабель, практично незамінний, якщо потрібно вирішити питання з великими відстанями. Цей вид кабелю можна використовувати навіть на відстанях близько 600 м. Укріплена зовнішня ізоляція дозволяє без проблем використовувати цей кабель в складних умовах (вулиця, колодязі). Існує варіант S1160 з тросом, який використовується для надійної прокладки кабелю по повітрю, наприклад, між будинками;
RG-62 — ARCNet, 93 Ом