Технология симметрирования высокочастотных кабелей связи

 

Высокочастотные кабели связи симметрируют на длине ЭКУ в два этапа: в процессе монтажа и на смонтированных ЭКУ. При к этом для обеспечения более высокой однородности линейного тракта и облегчения последующего симметрирования на стадии подготовительных работ проводят группирование строительных длин кабеля по средним значениям рабочей емкости цепей и по величине переходного затухания на ближнем конце. Строительные длины кабеля следует прокладывать в такой последовательности, чтобы средние значения рабочей емкости смежных строительных длин отличались не более чем на 0,2 нгД/км. Ha подходах к усилительным пунктам должны быть проложены две-три строительные длины кабеля c величиной переходного затухания на ближнем конце А₀>65 дБ. Выполнение этих мероприятий позволяет снизить составляющие влияния на дальнем конце за счет несогласованности линии и аппаратуры и конструктивных неоднородностей, a также выполнить норму на величину А_о на длине ЭКУ.

При монтаже строительных длин кабеля в соединительных муфтах в каждой четверке жилы соединяют по оператору (Х••), что обеспечивает уменьшение систематической составляющей влияния через третьи цепи и повышает эффективность концентрированного симметрирования. На смонтированном ЭКУ проводят концентрированное симметрирование по результатам измерения защищенности на дальнем конце прибором ВИЗ-600 (визуальный измеритель переходного затухания) или комплексных связей на дальнем конце прибором ИКС-600 (измеритель комплексных связей) в диапазоне частот до 600 кГ'ц. При этом симметрирование выполняют в трех симметрирующих муфтах, расположенных примерно на одинаковом расстоянии друг от друга, сначала методом скрещивания, a затем цепи, не удовлетворяющие нормам, симметрируют путем включения контуров противосвзи.

Подбор оптимальных операторов в трех точках на длине ЭКУ − весьма трудоемкая работа. Достаточно сказать, что при восьми операторах в каждой точке общее число возможных сочетаний равно 8³ = 512.

Для экономии времени и затрат на симметрирование существует методика кратчайшего подбора операторов скрещивания, которая заключается в следующем. Многообразие операторов скрещивания делится на две группы. При использовании операторов первой группы (•••, ХХ•, ••Х, ХХХ) комплексные связи соединяемых отрезков кабеля складываются, a при использовании операторов второй группы (Х••, •Х• ,Х•Х, •ХХ) вектор комплексной связи первого отрезка поворачивается, на 180° и связи соединяемых отрезков кабеля вычитаются.

На первом этапе проверяют все частотные характеристики защищенности (комплексной связи), получающиеся при скрещивании жил в трех точках по основным операторам обеих групп (•••) и (Х••). Цель первого этапа - определение оптимального соединения жил для каждой муфты. На этом этапе нужно проанализировать всего 2³ = 8 сочетаний операторов скрещивания. В подавляющем большинстве случаев уже на первом этапе удается получить нужную прибавку защищенности от скрещивания.

На втором этапе в каждой муфте следует применять операторы только той группы, основной оператор которой вошел в наилучшее сочетание из восьми, найденное ранее.

Если скрещиванием не удается достичь нормы защищенности цепей на дальнем конце (ддя соединительных линий ГТС А₃>65,2.дБ), то проводят концентрированное симметрирование с помощью контуров противосвязи, подбираемых с помощью приборов. При этом пользуются переменным симметрирующим контуром RC.

На протяженных междугородных кабельных линиях в настоящее время применяют методы симметрирования при помощи компенсирующих четырехполюсников, которые включают не в симметрирующих муфтах, а непосредственно на необслуживаемых или обслуживаемых усилительных пунктах. При этом элементы компенсирующих четырехполюсников синтезируют по годографам комплексных электромагнитных связей (см. п. 6.4).

 

Концентрированное симметрирование при помощи контуров противосвязн

 

Этот метод находит широкое применение при симметрировании ВЧ кабелей связи. В его основе лежит компенсация токов помех, вызываемых электромагнитными связями, токами компенсации, создаваемыми контурами противосвязи, которые концентрируются в отдельных точках ЭКУ. Элементы контура противосвязи подбирают так, чтобы контур создавал ток компенсации I_2k , равный по амплитуде и противоположный по фазе току помех I₂₁ (рис. 6.3, а).

 

Рисунок 6.3 − Концентрированное симметрирование: а - на дальнем конце; б - на ближнем конце

 

Рассмотрим эффективность концентрированного симметрирования на дальнем и ближнем концах. На рисунке 6.3 сосредоточенные электромагнитные связи на дальнем F₁₂ и ближнем N₁₂ концах, включенные на расстоянии х от начала линии, отображают реальные электромагнитные связи, имеющие распределенный по длине характер. Противосвязи на дальнем F_12k и ближнем N_12k концах, включенные на расстоянии а от начала линии, должны обеспечить компенсацию мешающих токов, переходящих в цепь, подверженную влиянию.

Условие компенсации при влиянии на дальнем конце характеризуется равенством

из которого нетрудно видеть, что в случае, когда коэффициенты распространения взаимовлияющих цепей равны друг другу (γ₁=γ₂), условие компенсации F_12k= -F₁₂ выполняется независимо от места включения контура противосвязи. Из рисунка 6.3, а видно, что токи I₂₁ и I_21k проходят одинаковые пути, поэтому достаточно только подобрать элементы контура противосвязи так, чтобы они воспроизводили частотную характеристику действующей между цепями электромагнитной связи и тем самым обеспечивали высокую степень компенсации (I_21k) в широком диапазоне частот.

Условие компенсации на ближнем конце записывается так:

Из этого равенства следует, что достичь компенсации мешающих токов на ближнем конце можно только путем включения контура противосвязи в месте расположения электромагнитной связи, т. е. при выполнении условия х=α. Если учесть, что в действительности электромагнитные связи, как отмечено выше, носят распределённый характер, то становится ясно, что для получения компенсации нужно между цепями включать большое число контуров противосвязи, что практически неприемлемо. Кроме того, в связи с тем, что коэффициенты распространения (главным образом коэффициенты фазы) зависят от частоты, то добиться высокой компенсации на ближнем конце можно только на одной частоте. На других же частотах эффективная компенсация не наблюдается. Причем на частотах, удаленных от частоты с высокой степенью компенсации, включенный контур может даже увеличить взаимные влияния. Физически это можно объяснить тем, что токи I₂₀ и I_20K проходят разные пути (рис. 6.1, б), претерпевают разные амплитудные и фазовые изменения и условие компенсации I_20k= - I₂₀ не выполняется. По указанным причинам концентрированное симметрирование на ближнем конце не применяют.

Таким образом, концентрированное симметрирование ВЧ кабелей проводят только на дальнем конце, симметрируя кабели на длине элементарного кабельного участка. При этом, как правило, применяют схемы контуров противосвязи, представленные на рисунке 6.4.

 

Рисунок 6.4 − Схемы контуров противосвязи

 

Как отмечалось выше, электромагнитные связи между цепями в области высоких частот носят комплексный характер, поэтому в теории симметрирования кроме переходного затухания и защищенности между цепями широко пользуются характеристикой взаимного влияния − проводимостью комплексной связи, выражаемой в микросистемах:

где I₂ − ток цепи, подверженной влиянию;

  U₁ − напряжение влияющей цепи.

Из этого выражения следует, что проводимость комплексной связи есть вектор, угловое смещение которого равно разности фаз тока помех и влияющего напряжения. Между проводимостью комплексной связи и защищенностью между цепями существуют следующие соотношения:

из которых следует, что чем больше защищенность между цепями, тем меньше длина вектора комплексной связи и, наоборот, чем больше модуль связи, тем меньше защищенность. Соотношения (6.4) считаются основными в инженерной теории симметрирования.

Второе основное соотношение симметрирования связывает проводимость комплексной связи между цепями с частичными проводимостями между жилами цепей:

Схема (рис. 4.3, а) аналогична мосту переменного тока, поэтому соотношение (6.5) можно использовать при рассмотрении симметрирования как процесса уравновешивания моста переменного тока путем изменения проводимости его плеч.

Так как симметрирование проводится с помощью контуров противосвязи, содержащих конденсаторы и резисторы, то можно записать

где g − действительная часть, а jωС − мнимая часть проводимости в соответствующих плечах моста.

Противоположные плечи моста эквивалентны, поэтому, отнеся суммы частичных проводимостей одного знака к одному из плеч, выражение (6.6) можно упростить:

По причине конструктивных и диэлектрических неоднородностей частичные проводимости носят случайный характер, поэтому при Y≠0 возможны четыре характерных варианта расположения на комплексной плоскости вектора проводимости комплексной связи между цепями (рис. 6.5)

1. Если g₁₃> g₁₄ и С₁₃>С₁₄ ,то действительная и мнимая части проводимости комплексной связи положительны и вектор Y находится в 1 квадранте комплексной плоскости. Для его компенсации необходимо создать вектор противосвязи Y_п, расположенный в 3 квадранте. Такой вектор противосвязи можно создать подключением между жилами 1 и 4 контура противосвязи, состоящего из конденсатора и резистора (рис. 6.5, а). Последовательное соединение элементов контура выбрано исходя из того, что включение контура не должно изменять величину сопротивления изоляции жил кабеля.

2. Если g₁₃< g₁₄ и С₁₃>С₁₄ ,то вектор Y расположен в 4 квадранте и для размещения вектора противосвязи Y_п в 1 квадранте необходимо включить контур противосвязи между жилами 1 и 3 (рис. 6.5, Б).

3. Если g₁₃< g₁₄ и С₁₃>С₁₄ ,то действительная часть проводимости комплексной связи отрицательна, мнимая - положительна и вектор Y расположен во 2 квадранте. Для размещения вектора противосвязи Y_п в 4 квадранте необходимо включить между жилами 1 и 3 контур противосвязи, содержащий конденсатор и резистор, а между жилами 1 и 4 − только конденсатор, создающий вектор, параллельный мнимой оси в отрицательном направлении (рис. 6.5, е). Положение вектора Y_п зависит от соотношения между R, С₁ и С₂.

4. Если g₁₃> g₁₄ и С₁₃<С₁₄, то вектор Y расположен в 4 квадранте и для размещения вектора противосвязи Y_п во 2 квадранте необходимо включить контур противосвязи пo схеме.

 

Рисунок 6.5 − Схемы включения контуров противосвязи

 

На рисунке 6.5 приведены векторные диаграммы, определенные на одной отдельно взятой частоте. Симметрируют же ВЧ кабели в широком диапазоне частот, поэтому необходимо знать частотную характеристику векторов комплексных связей (ХКС) − годограф.

Годограф − это кривая, соединяющая вершины векторов комплексных связей на отдельных частотах. Годограф содержит полную информацию о характере взаимного влияния между цепями, в то время как частотная характеристика защищенности (переходного затухания) характеризует только модуль электромагнитной связи.

 

Рисунок 6.6 − Годограф комплексных связей и противосвязей

 

На рисунке 6.6 представлен типовой годограф комплексных связей при влиянии между цепями внутри четверки (годограф находится в первом квадранте комплексной плоскости). Для компенсации комплексной связи между жилами 1 и 4 включают контур противосвязи, состоящий из конденсатора и резистора, который создает годограф противосвязн в третьем квадранте Y_п(ω). После компенсации результирующий годограф смещается к началу координат. Подбором элементов контура R и С добиваются такого размещения результирующего годографа (Y(ω) - Y_п(ω)), при котором он не выходит из окружности радиусом, соответствующим нормативному значению проводимости комплексной связи (защищенности) между цепями.

 

Экранирование кабелей связи

 

Для уменьшения взаимных влияний между цепями и защиты от внешних помех широко используют экранирование кабелей связи. Для защиты от внешних электромагнитных влияний на кабельный сердечник накладывают металлическую оболочку (экран), которая, как правило, имеет сплошную цилиндрическую конструкцию и выполняется из свинца, алюминия или стали.

Стальные оболочки для повышения гибкости гофрируют. В кабелях ГТС в качестве экранов широко используют алюминиевые экраны ленточного типа в виде спиральных лент или в виде трубки с продольным швом. В радиочастотных кабелях находят применение оплеточные экраны из плоских и круглых проволок.

Для защиты от взаимных влияний используют разделительные экраны, которые являются составной частью конструкции кабельного сердечника. Такие экраны разделяют цепи прямого и обратного направлений передачи и обеспечивают тем самым существенное снижение взаимных влияний между экранированными цепями.

В настоящее время находят применение симметричные кабели для цифровых систем передачи, разделительные экраны которых изготовлены из тонкой алюминиевой фольги. Такие конструкции кабелей позволяют организовать связь по однокабельной системе, которая по сравнению с двухкабельной имеет более высокие технико-экономические показатели.

На кабели связи оказывают влияние как электрические, так и магнитные поля. Однако в зависимости от режима работы источников помех может преобладать либо магнитная, либо электрическая составляющая поля. Сильные магнитные поля создаются цепями с большими токами и малыми напряжениями, а сильные электрические поля характерны для источников с большими напряжениями и малыми токами. Поэтому можно отдельно рассматривать действие магнитных и электрических полей. При этом следует отметить, что наибольшее влияние на кабели связи оказывают магнитные поля.

---

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 730; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!