Направляющие системы передачи электромагнитных сигналов связи

1.

Направляющие системы передачи электромагнитных
сигналов связи
Современные направляющие системы передачи (НСП)
подразделяются на следующие виды:
- НСП симметричной конструкции (СК);
- коаксиальные кабели (КК);
- сверхпроводящие кабели (СПК);
- волноводы (В);
- диэлектрические волноводы (ДВ);
- волоконные световоды (ВС);
- линии поверхностной волны (ЛПВ);
- полосковые линии или ленточные кабели (ПЛ или ЛК);
- радиочастотные кабели (РК).

2.

НСП симметричной
конструкции
Е
Н
Волноводы
Коаксиальные кабели
Е
Н
Диэлектрические
волноводы

3.

Волоконные световоды
n2
n1
D=10мм
d=4 мм
Линии поверхностной волны
Полосковые линии или ленточные кабели

4.

λ
φ
Ez
d
cosϕ=λ/d.
Er
1. Для области сверхвысоких частот, когда f→∞, а длина волны λ→0,
λ
тогда ϕ→90˚
φ
d
Ez
Er
2. С уменьшением частоты и приближением ее для конкретной НСП
к критическому значению (f→fкр) длина волны λ→d, тогда ϕ→0
φ
Er
d=λ
d
λ
Ez
3. При соответствии частоты
критической (f=fкр) длина волны
λ=d и угол ϕ=0
Ez = 0

5.

Типы и классы электромагнитных волн.
- Т- основная, поперечно электромагнитная волна;
- Е – электрическая волна;
- Н – магнитная волна;
- ЕН или НЕ – смешанная (гибридная) волна.
Еz
Н
Н
Е
Т
Нz
Н
Е
Е
Н
Е
Н
Еz
Е
ЕН, НЕ
Нz

6.

Тип волны характеризуется индексами m и n.
Индекс n указывает на число полных изменений поля по
окружности НСП, а индекс m – на число полных
изменений поля по диаметру НСП
m=2
n=6

7.

Электромагнитные процессы в двухпроводных цепях
связи.
При распространении электромагнитной энергии в
двухпроводных цепях возникают следующие явления и
эффекты:
- поверхностный эффект;
- эффект близости;
- воздействие на параметры цепи окружающих
металлических масс.

8.

1. Поверхностный эффект.
Поверхностный эффект обусловлен действием
внутреннего магнитного поля.
Ток с учетом поверхностного эффекта
Н
Вихревые токи
Основной ток без учета поверхностного эффекта
I

9.

2. Эффект близости.
Эффект близости обусловлен действием внешнего
магнитного поля.
Ток с учетом эффекта близости
Н
Вихревые токи
b
c
Основной ток без учета эффекта близости
а
I
I

10.

Сопротивление двухпроводной кабельной цепи
2
d
pG kr
a
R 2R 0 1 F kr
R
м
2
d
1 H kr
a
, Ом/км
R = R0 + Rпэ + Rэб + Rм

11.

Индуктивность двухпроводной кабельной цепи
a r
4
L 4 ln
Q kr 10
r
, Гн/км
L = Lвнеш + Lвнут
Емкость двухпроводной цепи
6
10
C
a r
36 ln
r
, Ф/км,
Проводимость изоляции кабельных цепей
G Ctg
, См/км,

12.

Вторичными параметрами цепей связи являются
волновое сопротивление и коэффициент
распространения
Zв
R j L
G j C
R j L G j C j
R C G L
8,69
2
L
2
C
LC

13.

Зависимость первичных параметров от частоты тока.
R,
L,
C,
G
G
R
Lвнут
C
f
L
Lвнеш
Rо Gо
f
R = R0 + Rпэ + Rэб + Rм
f
L
L = Lвнеш + Lвнут
G Ctg
f

14.

Зависимость первичных параметров от диаметра
проводников
R,
L,
C,
G
G
Lвнут
C
d
L
Lвнеш
R
d
R = R0 + Rпэ + Rэб + Rм
L= Lвнеш + Lвнут
G Ctg
d
L
d

15.

Зависимость первичных параметров от расстояния
между проводниками
L
R,
L,
C,
G
R
G
C
a
R = R0 + Rпэ + Rэб + Rм
L= Lвнеш + Lвнут
G Ctg

16.

1
2
3
4
5
МК
Б
А
Б
П
Т
П
П
К
ШП
Т
С
В
П
СБ
В
Г
БГ
Э

17.

Последняя цифра шифра
Номер варианта
0
Марка и емкость
кабеля
МКПАБ-7х4х1,2
Аппаратура
уплотнения
К-24т
1
МКБАБ-14х4х1,2
К-12+12
2
МКПАБ-7х4х1,05
К-60п
3
МКБАБ-7х4х1,2
К-24т
4
МКБАБ-14х4х1,2
К-12+12
5
МКСБ-7х4х1,2
К-24т
6
МКБ-7х4х1,2
К-24т
7
МКСБ-7х4х1,2
К-60п
8
МКПАБ-7х4х1,05
ИКМ-120
9
МКСБ-7х4х1,2
ИКМ-120

18.

Электрические измерения при определении мест
повреждения
1. Определение места повреждения изоляции жил
При определении повреждения изоляции обычно
пользуются мостовыми методами.
Если на линии есть исправный провод, то применяют
простейшие методы: моста с переменным отношением
плеч и моста с постоянным отношением плеч.
L
r1
R1
Г
r2
R2
Rx
Lx
R2-Rx

19.

При равновесии моста имеем
r1Rx r2 R1 R2 Rx
Тогда Rx – сопротивление поврежденного провода от
места измерения до места повреждения:
Rx
r2 R
r1 r2
где R R1 R2 - сопротивление цепи, составленной из
исправного и поврежденного проводов.
Если сопротивления исправного и поврежденного
проводов одинаковы (R1=R2), то, зная сопротивление цепи
R и длину линии L, по сопротивлению Rx определяют
расстояние до места повреждения:
r2
Lx 2 L
r1 r2

20.

L
r1
R1
Г
r2
Rx
r3
R2
R2-Rx
Lx
К
1 2
Ключ К в положении 1. Установив нужное соотношение
r1
плеч r n , изменением третьего плеча r3 добиваются
2
равновесия моста. При этом
r1 r3 Rx r2 R1 R2 Rx
Тогда
R nr3
Rx
1 n
Сопротивление R R1 R2 может быть измерено этим же
прибором (ключ К в положении 2).

21.

При R1=R2 расстояние до места повреждения по
сопротивлению Rх определится:
R nr3
Lx 2 L
1 n R
При n=1
r3
Lx L 1
R
2. Определение места обрыва жил
Место обрыва жил может быть определено по
результатам измерения емкости
Так как емкость провода пропорциональна его длине,
при определении места обрыва сравнивают емкость
оборванного провода с емкостью исправного, а
расстояние до места повреждения
Cx
Lx L
CL

22.

где Сх и СL – емкости соответственно оборванного и
исправного проводов.
Емкость можно измерять как на переменном, так и на
постоянном токе.
На переменном токе измерения производятся на частоте
L
800 Гц.
r1
СL
T
≈
r2
Cx
Cy
Lx
Ly
Из условия равновесия моста получим
1
1
r1
r2
j Cx
j CL C y
Lx 2 L
r1
r1 r2

23.

L
r1
К
СL
Г
r2
до 100 В
Cx
Cy
Lx
Ly
При измерении мостовым методом на постоянном токе
при помощи ключа К переключают батарею, добиваясь
изменением сопротивления плеч моста минимальных
показаний гальванометра.
Расстояние до места повреждения определится по
формуле:
r
Lx 2 L
1
r1 r2

24.

Г
К
Cx
Cy
Lx
Ly
0,1 МОм
СL
L
При баллистическом методе, сравнивая отклонения
гальванометра αх при измерении Сх и αL при измерении
СL, получают расстояние до места повреждения
x
Lx L
L
При отсутствии исправного провода измерения
производят с двух сторон, при этом получают
x
Lx L
x y

25.

При импульсном методе в линию посылаются
кратковременные электрические импульсы , которые
частично или полностью отражаются от места изменения
волнового сопротивление (обрыв, короткое замыкание и
т.д.), возвращаются обратно и фиксируются приемной
части измерительного прибора.
Зная скорость распространения электромагнитно
энергии V и время t с момента посылки импульса и
возвращения его обратно, определяют расстояние до
места повреждения
Vt
Lx
2
Время пробега посылаемого (зондирующего) и
отраженного импульсов определяется на экране
монитора.

26.

Подаваемый в линию зондирующий и отраженный
импульсы видны на экране монитора, который
проградуирован также в единицах длины.
Направление выброса на импульсной характеристике
позволяет судить о характере повреждения.
Зондирующий импульс
Отраженный импульс
Зондирующий импульс
Отраженный импульс
Направление отраженного импульса одинаковое с
зондирующим импульсом соответствует увеличению
сопротивления (обрыв, асимметрия).
Выброс противоположного направления соответствует
повреждению, связанному с понижением сопротивления
(пониженная изоляция, короткое замыкание).