Кабельные и воздушные линии связи на основе металлических проводников

Существующие линии связи (ЛС) в зависимости от ис­пользуемой среды распространения сигналов принято делить на проводные и радиолинии.

К линиям связи предъявляются следующие основные требо­вания:

• осуществление связи на практически требуемые расстояния;

• широкополосность и пригодность для передачи различных видов сообщений;

• защищенность цепей от взаимных влияний и внешних помех, а также от физических воздействий (атмосферных явлений, корро­зии и пр.);

• стабильность параметров линии, устойчивость и надежность связи;

• экономичность системы связи в целом.

Часто возникает путаница в применениях терминов «провод», «кабель» и «линия связи». Провод - конструктивный элемент, пред­ставляющий собой проводник (проводники) той или иной конструкции в изолирующем покрытии. Кабель - законченная конструкция, со­стоящая из одного или нескольких проводов, заключенных в общие экранирующие, защитные и прочие покровы. Линия связи - инженер­ное сооружение, состоящее из проложенного по определенной гео­графической трассе кабеля связи, при необходимости снабженная устройствами защиты от внешних влияний (грозоразрядники и т.п.), а также усилительными и регенерационными пунктами.

Рассмотрим проводные ЛС. В простейшем случае проводная ЛС - физическая цепь, образуемая парой металлических проводни­ков. По конструкции и взаимному расположению проводников разли­чают симметричные и коаксиальные провода и кабели связи (рис.6.1).

Симметричный провод состоит из двух совершенно одинако­вых в электрическом и конструктивном отношениях изолированных проводников. В зарубежных источниках его часто называют «витая пара» (Twisted Pair-TP). Различают экранированные (shielded) и неэкранированные (unshielded) симметричные провода.

Коаксиальный провод (от англ. co-axial - соосный) представля­ет собой два цилиндра с совмещенной осью, причем один ци­линдр-сплошной внутренний проводник концентрически располо­жен внутри другого полого цилиндра (внешнего проводника). Про­водники изолированы друг от друга диэлектрическим материалом. Рассмотрим основные параметры симметричных и коак­сиальных кабелей (СК и КК).

Коэффициент затухания (а, дБ/км) зависит от свойств ма­териалов проводников и изоля­ционного материала. Наилучши­ми свойствами (малым сопро­тивлением) обладают медь и серебро. Коэффициент затуха­ния зависит также от геометри­ческих размеров проводников. СК с большими диаметрами про­водников имеют меньший ко­эффициент затухания. Коэффи­циент затухания КК зависит от соотношения диаметров внеш­него и внутреннего проводника (рис.6.2). Оптимальными соот­ношениями являются (материал внешнего проводника): 3,6 для меди, 3,9 для алюминия, 5,2 для свинца.

Очень важной характери­стикой, фактически определяю­щей широкополосность системы связи, является зависимость коэффициента затухания от частоты (рис.6.3). Если определен гра­ничный коэффициент затухания а_гр (обычно он определяется воз­можностями усилителей или регенераторов (см. § 5.4)), то данному коэффициенту соответствует граничная частота пропускания сис­темы /ф. Полоса пропускания системы не превышает граничной частоты пропускания.

Частотная зависимость скорости распространения (v, км/мс). показана на рис.6.4. С ростом частоты скорость распространения увеличивается, приближаясь к скорости света в вакууме v_c~300 км/мс. Данный параметр зависит также от свойств диэлектрика, приме­няемого в кабеле.

Волновое сопротивление (Z_B, Ом) - сопротивление, которое встречает электромагнитная волна при распространении вдоль однородной линии без отражения, т.е. при условии, что на процесс передачи не влияют несогласованности на концах линии. Волно­вое сопротивление СК зависит от удельных значений емкости и индуктивности кабеля. Для КК волновое сопротивление определяется как Z_y =(1/2π)ZIn(D/d), где Z-волновое сопротивление диэлек­трика, D и d- соответственно диаметры внешнего и внутреннего проводников.

Основные требования к СК определены в рекомендации ITU-T G.613. Диаметр жилы СК обычно составляет 0,4...1,2 мм. Как пра­вило, СК обычно используются в диапазоне частот до 10 МГц. Ос­новные параметры КК приведены в табл.6.1.

В настоящее время выпускается широкая номенклатура кабе­лей, различающихся назначением, областью применения, усло­виями прокладки и эксплуатации и пр.

На рис.6.5 приведен пример конструкции кабеля для магист­ральной сети КМБ-8/7. В конструкции кабеля предусмотрено не­сколько коаксиальных цепей разного типа, несколько симметрич­ных пар, а также отдельные изолированные жилы. Последние обычно используются для технологических целей.

Воздушные ЛС (ВЛС) не имеют изолирующего покрытия между проводниками, роль изолятора играет слой воздуха. Проводники выполняются, в основном, из биметаллической сталемедной (ста-леалюминевой) проволоки. Внутренний диаметр стальной проволо­ки обычно составляет 1,2...4 мм, толщина внешнего слоя меди (алюминия) 0,04...0,2 мм. Проволока подвешивается на деревянных или железобетонных опорах с помощью фарфоровых изоляторов. Используемый частотный диапазон ВЛС не превышает 150 кГц.