Загальна характеристика телекомунікаційних мереж

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Змістовий модуль № 1.1

«Загальна характеристика телекомунікаційних мереж»

Заняття 1. Загальна характеристика направляючих систем електрозв'язку

Лекція

Час: 2 години

І. Навчальна та виховна мета:

1. Ознайомити курсантів з предметом «Військова техніка електрозв'язку» та порядком його вивчення на кафедрі.

2. Надати курсантам систематизовані знання щодо класифікації, конструкції та основних електричних характеристик направляючих систем електрозв'язку. електрозв'язок симетричний лінія коаксіальний

3. Ознайомити курсантів з характеристиками симетричних ліній як направляючої системи електрозв'язку.

4. Надати курсантам з характеристиками коаксіального кабелю як направляючої системи електрозв'язку.

5. Виховувати у навчаємих почуття гордості за внутрішні війська МВС України, впевненість у можливість виконання поставлених задач підрозділами і частинами ВВ МВС у сучасних умовах.

ІІ. Навчальні питання:

1. Загальна характеристика направляючих систем електрозв'язку.

2. Характеристика симетричних ліній як направляючої системи електрозв'язку.

3. Характеристика коаксіального кабелю як направляючої системи електрозв'язку.

ІІІ. Навчально-матеріальне забезпечення:

Мультімедийній проектор, ноутбук.

Навчальна література:

1. Багатоканальний електрозв'язок та телекомунікаційні технології. / За ред. Поповського В.В. -Х.: Вид. Сміт, 2003.-С.78-83.

IV. Хід проведення заняття:

ЗМІСТ ЛЕКЦІЇ

Перше питання. Загальна характеристика направляючих систем електрозв'язку

Направляюча система (НС) - це безперервна по довжині конструкція, що спрямовує поширення електромагнітної енергії (ЕМ) у заданому напрямку, тобто має каналізаційні властивості, які забезпечуються наявністю межі розподілу середовищ з різними електричними параметрами. Будь-яке матеріальне середовище характеризується такими електричними параметрами:

· питомою електричною провідністю у, См/м або питомим електричним опором с, Ом/м?мм2 ;

· абсолютною магнітною проникливістю м, Гн/м;

· абсолютною діелектричною проникливістю е, Ф/м.

Слід враховувати, що

, ,

де еr, мr відносні діелектрична та магнітна проникливості середовища відповідно, мo та еo - абсолютні діелектрична та магнітна проникливості вакууму відповідно: ео=10-9/36р Ф/м, мо=4р?10-7 Гн/м , n- коефіцієнт заломлення.

Направляючу систему узагальнено можна представити у вигляді (рис.1)

Таким чином, ЕМ енергія може направлятись уздовж провідників, розділених діелектриком, наприклад повітрям, або уздовж лінії розподілу двох діелектриків. Сучасні направляючі системи електрозв'язку поділяються за конструктивними ознаками на такі: повітряні лінії зв'язку (ПЛЗ), симетричні пари (СП), коаксіальні пари (КП), хвилеводи (ХВ), лінії поверхневої хвилі (ЛПХ), діелектричні хвилеводи (ДХ), до яких належать також волоконні світловоди (ВС), полоскові лінії (ПЛ). Конструкції цих направляючих систем наведені на рис. 4.

В коаксіальній парі внутрішній провідник концентрично розміщений в об'ємі, що охоплюється зовнішнім провідником, цей об'єм має форму порожнього циліндра. Внутрішній провідник ізолюється від зовнішнього діелектриком. Хвилевід являє порожнисту металеву трубу круглого або прямокутного перетину, що виготовлена з провідника великої електропровідності (наприклад з міді, вкритої тонким шаром срібла або золота). Лінія поверхневої хвилі являє поодинокий металевий провідник, що вкритий високочастотним діелектриком. Полоскова лінія складається з плоских (стрічкових) ізольованих один від одного провідників. ВС являє тонку двошарову структуру круглого перетину з різними показниками заломлення.

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

За конструктивними ознаками сучасні направляючі системи поділяються на дві групи - системи, в яких розповсюдження енергії обмежується у поперечному напрямку (закриті системи), та системи, в яких такого обмеження немає (відкриті системи) рис.3.

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Повітряні лінії та симетричні пари відносять до групи симетричних кіл, тобто направляючі системи цієї групи мають два проводи з однаковими конструктивними та електричними властивостями.

Застосування направляючих систем. Симетрична пара є основою симетричного кабелю, а коаксіальна - коаксіального. Кабель містить, як правило, декілька НС, охоплених загальною оболонкою. Ці кабелі застосовуються на мережах електрозв'язку всіх ступенів ієрархії. Волоконний світловод є основою оптичного кабелю, які використовуються у високошвидкісних цифрових системах передачі. Полоскові лінії застосовуються у стрічкових кабелях, що мають велику кількість ізольованих один від одного провідників, розміщених у одній площині. Ці кабелі застосовуються на невеликих відстанях, головним чином для з'єднання окремих блоків апаратури. Лінії поверхневої хвилі застосовуються головним чином у пристроях відгалудження від магістральних кабелів у радіорелейних лініях та системах кабельного телебачення, у якості фідерів для передачі електромагнітної енергії на невеликі відстані від антени до апаратури. Хвилеводи не знайшли широкого розповсюдження для зв'язку на великі відстані. Вони застосовуються для з'єднання антен з апаратурою радіорелейних ліній, ліній супутникового зв'язку і т. ін.

По направляючих системах передаються такі види інформації (табл.1). Кожний вид інформації потребує для своєї передачі певної смуги частот, яка у техніці зв'язку представляється еквівалентною цій смузі кількості каналів тональної частоти (КТЧ).

Таблиця 1 Види інформації, що передаються по направляючих системах

Класифікація направляючих систем за частотними властивостями. Необхідність передачі різних видів інформації потребує класифікації НС за частотним діапазоном їх використання. На рис.4 наведені частотні діапазони різних направляючих систем.

З наведених даних випливає, що повітряні лінії зв'язку використовують у діапазоні до 105 Гц, симетричні кабелі - у діапазоні до 106 Гц, коаксіальні кабелі - у діапазоні до 108 Гц для магістрального зв'язку та у діапазоні 109 Гц у пристроях антенно - фідерних трактів.

Бурхливе зростання об'ємів інформації, яка передається по лініях зв'язку, призвело до необхідності освоєння більш високочастотних діапазонів електромагнітних хвиль, а це, в свою чергу, викликало появу та розробку нових направляючих систем - хвилеводів та світловодів. Хвилеводи призначені для використання на частотах від 1010 до 1011 Гц, а світловоди для роботи у видимому та інфрачервоному спектрах (1014 Гц). Чим вище діапазон частот, що передається по направляючий системі, тим більшу кількість каналів можна створити, тим ефективніше буде система передачі.

У табл. 2 наведені дані, що характеризують різні направляючі системи.

Таблиця 2. Характеристики різних направляючих систем

Примітка D - узагальнений поперечний розмір системи, - довжина хвилі

У направляючих системах існують такі класи хвиль:

- поперечна електромагнітна хвиля (ТЕМ);

- електрична Е- хвиля (або поперечно - магнітна ТМ);

- магнітна Н - хвиля ( або поперечно - електрична ТЕ).

Хвиля ТЕМ - основна хвиля, вона містить тільки поперечні складові електричного та магнітного полів і не містить подовжніх складових поля - Еz= 0, Hz= 0. Хвиля ТЕМ існує лише в лініях, що містять не менше двох ізольованих проводів, по такій лінії передається як зміний, так і постійний струм. Таким чином, по симетричних, коаксіальних та стрічкових кабелях можлива передача електромагнітної енергії, починаючи з нульової частоти. На практиці ця властивість використовується, наприклад, для передачі постійного струму дистанційного живлення апаратури багатоканальних систем передачі.

Розповсюдження енергії ЕМП у направляючих системах.

Потужність електромагнітного поля визначається вектором Пойтінга . Напрямок цього вектора співпадає з напрямком поширення енергії ЕМП. На основі аналізу електромагнітних процесів у направляючих системах можна зробити важливий висновок - енергія ЕМП поширюється не по провідникам, а у просторі, що оточується ними, провідники лише спрямовують енергію у потрібному напрямку.

Якщо до проводів лінії підключити генератор, що створює електрорушійну силу, то між провідниками виникне змінне електромагнітне поле. Це поле, оточуючи провідники рухається уздовж них зі швидкістю, близькою до швидкості світла. Напруженість електромагнітного поля Е відповідає напрузі U, а напруженість магнітного поля Н - струму І.

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Таким чином, направляюча система - це безперервна по довжині конструкція, що спрямовує поширення електромагнітної енергії у заданому напрямку, тобто має каналізаційні властивості, які забезпечуються наявністю межі розподілу середовищ з різними електричними параметрами.

Будь-яке матеріальне середовище характеризується такими електричними параметрами: питомою електричною провідністю у або питомим електричним опором с; абсолютною магнітною проникливістю м; абсолютною діелектричною проникливістю е.

По симетричних, коаксіальних та стрічкових кабелях можлива передача електромагнітної енергії, починаючи з нульової частоти.

Друге питання. Характеристика симетричних ліній як направляючої системи електрозв'язку

У симетричних лініях крім поверхневого ефекту діють також ефекти близькості та оточуючих мас, які викликаються взаємодією ЕМП сусідніх проводів. Ці ефекти підвищуються із зростанням частоти та при зменшенні відстані між ними. Тоб то із зростанням частоти зростає опір самих провідників. Отже, опір провідника у симетричній парі дорівнює

R= Ro+ Rпе+ Rеб+ Roм ,

де R = с l/S - опір на постійному струмі ( S- площа перетину провідника; l - його довжина);

Rпе - опір внаслідок поверхневого ефекту;

Rеб- опір внаслідок ефекту близькості;

Rом- опір, пов'язаний з ефектом оточуючих мас.

Слід зазначити, що у повітряної лінії зв'язку діє тільки поверхневий ефект. Ефекти близькості та дії оточуючих мас відсутні, тому що проводи у цій лінії знаходяться на значній відстані один від одного (табл.2).

R = Rо+ Rпе

Якість зв'язку по направляючим системам залежить від параметрів цих систем. Ці параметри поділяють на дві групи: первинні та вторинні. До первинних параметрів належать: електричний опір проводів R, індуктивність L, міжпроводова ємність C, провідність ізоляції G.Ці параметри є розподіленими уздовж всієї лінії. Зміст цих параметрів легко уявити, розглянувши еквівалентну схему двопроводового кола (рис.6), на якій вони представляються згуртованими.

Rа та Rб - електричний опір проводів а та б, у симетричному колі Rа = Rб Індуктивність L характеризує здатність системи накопичувати енергію магнітного поля. Між проводами завжди існує ємність С та провідність ізоляції G.

Слід зазначити, що індуктивність має дві складових - внутрішню та зовнішню. У двопроводовій лінії існують зовнішня та внутрішня індуктивності. Зовнішня індуктивність зумовлена зовнішніми відносно кожного з проводів магнітними потоками, вона не залежить від частоти, а визначається тільки геометричними параметрами системи (рис.7).

Внутрішня індуктивність - це індуктивність безпосередньо провідника, вона із зростанням частоти зменшується внаслідок поверхневого ефекту практично до нуля, тобто Lвт>0. Загальна індуктивність двопроводової лінії дорівнює:

L = Lзв + Lа + Lб Lзв,

де Lа + Lб = Lвт - внутрішні індуктивності проводів а та в.

, Гн/км. (1)

Міжпроводова, або робоча ємність С від частоти не залежить, вона визначається лише геометричними параметрами системи. Ємність відображує процеси в ізоляції проводів, визначає здатність системи накопичувати енергію електричного поля

С= , Ф/км. (2)

Провідність ізоляції G викликає втрати в ізоляції та має дві складових - постійну G0 та змінну Gf:

G = Go + Gf

Змінна складова провідності ізоляції визначається втратами у діелектрику конденсатора, ємність якого еквівалентна ємності двопроводової лінії. Отже, провідність ізоляції, що зумовлена діелектричними втратами дорівнює G~= щ?C?tgд, а загальна провідність складає

G = Go+C?щ?tgдСм/км, (3)

де tg - параметр, що характеризує втрати в ізоляції на змінному струмі.

При змінному струмі Gf>> Go, тому G = G f= щ?C?tgд.

На рис.8 наведені залежності первинних параметрів передачі симетричної лінії від частоти (рис.8а) відстані між провідниками (рис.8б) та діаметру провідників (рис.8в). Усі первинні параметри передачі є погонними, вони розраховуються на довжину лінії 1 км. На таку ж довжину приводяться норми цих параметрів.

Таким чином, у симетричних лініях крім поверхневого ефекту діють також ефекти близькості та оточуючих мас, які викликаються взаємодією ЕМП сусідніх проводів. Ці ефекти підвищуються із зростанням частоти та при зменшенні відстані між ними. Тобто із зростанням частоти зростає опір самих провідників.

Трете питання. Характеристика коаксіального кабелю як направляючої системи електрозв'язку

Коаксіальна пара є основою коаксіальних кабелів. Поле у КП сконцентровано в проміжку між внутрішнім та зовнішнім провідниками, воно відсутнє за межами зовнішнього провідника. По зовнішньому та по внутрішньому провідникам протікають однакові, але протилежно спрямовані струми Іа = Іб = І, тому ЕМП цих струмів за межами коаксіальної пари спрямовані протилежно і сумарне поле дорівнює нулю (рис.9).

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Важливою властивістю коаксіальної пари є ефект самоекранування, який пов'язаний з поверхневим ефектом: робочий струм внутрішнього провідника концентрується на його поверхні, а струм зовнішнього провідника - на його внутрішній поверхні і не створює завад сусіднім парам, поле ж завади загасає у зовнішньому провіднику, струм завади концентрується на його зовнішній поверхні. Із зростанням частоти ефект самоекранування збільшується, тому коаксіальні кабелі застосовуються на високих частотах (рис.9).

Первинні параметри передачі коаксіальної пари такі ж як симетричної, опір та індуктивність розраховуються за формулами для мідних проводів:

R = Rа + Rб = = 4.18,Ом/км; (4)

L Lа + Lб = =, Гн/км (5)

Ємність та провідність ізоляції визначаються:

С = , Ф/км; G= щctgд, См/км (5)

Частотна залежність первинних параметрів передачі коаксіальної пари така ж як і симетричної (рис.8а).

Таким чином, коаксіальна пара є основою коаксіальних кабелів. Поле у КП сконцентровано в проміжку між внутрішнім та зовнішнім провідниками, воно відсутнє за межами зовнішнього провідника. По зовнішньому та по внутрішньому провідникам протікають однакові, але протилежно спрямовані струми, тому ЕМП цих струмів за межами коаксіальної пари спрямовані протилежно і сумарне поле дорівнює нулю.

ВИСНОВКИ

1. Направляюча система - це безперервна по довжині конструкція, що спрямовує поширення електромагнітної енергії у заданому напрямку, тобто має каналізаційні властивості, які забезпечуються наявністю межі розподілу середовищ з різними електричними параметрами. Будь-яке матеріальне середовище характеризується такими електричними параметрами: питомою електричною провідністю у або питомим електричним опором с; абсолютною магнітною проникливістю м; абсолютною діелектричною проникливістю е. По симетричних, коаксіальних та стрічкових кабелях можлива передача електромагнітної енергії, починаючи з нульової частоти.

2. У симетричних лініях крім поверхневого ефекту діють також ефекти близькості та оточуючих мас, які викликаються взаємодією ЕМП сусідніх проводів. Ці ефекти підвищуються із зростанням частоти та при зменшенні відстані між ними. Тобто із зростанням частоти зростає опір самих провідників.

3. Коаксіальна пара є основою коаксіальних кабелів. Поле у КП сконцентровано в проміжку між внутрішнім та зовнішнім провідниками, воно відсутнє за межами зовнішнього провідника. По зовнішньому та по внутрішньому провідникам протікають однакові, але протилежно спрямовані струми, тому ЕМП цих струмів за межами коаксіальної пари спрямовані протилежно і сумарне поле дорівнює нулю.

ПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Дайте визначення направляючій системі.

2. Якими електричними параметрами характеризується середовище розповсюдження електричних сигналів?

3. Які фактори впливають на дальність передачі сигналів по симетричним лініям?

4. В чому полягає головна властивість коаксіальної пари?

Размещено на Allbest.ru