Линии связи на симметричном кабеле

Электрический кабель – это электротехническое изделие, содержащее изолированные друг от друга проводники, объединенные в одну конструкцию. В качестве изоляции используются бумага, полистирол, полиэтилен. Для обеспечения прочности, целостности и защиты от воздействий внешней среды провода заключены в общую герметичную оболочку. Чаще всего оболочка выполнена из пластмассы или металлопластика. Поверх оболочки помещается защитный покров, выполненный из металла или пластмассы.

Число пар проводников в кабеле может быть различным от 1 до 3000. В телефонии при домовой или квартирной разводке используются однопарные кабели ТРП («лапша»). Они объединяются в распределительных коробках (РК). Кабели, которые идут от группы абонентов (подъезд дома, офис учреждения и т.п.), содержат 10 и более пар. Эти кабели объединяются в распределительных шкафах (РШ) (рис. 5.1).

Абоненты

Рисунок 5.1- Схема участка городской телефонной сети

От шкафа к АТС идут кабели с числом пар от 100 до 3000.

В компьютерных сетях при построении локальных вычислительных сетей используются кабели с числом пар равным 4 (кабели UTP-3, UTP-5). В то же время существуют многопарные кабели с большим числом пар.

Примеры поперечных сечений некоторых применяемых кабелей приведены на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2- Поперечные сечения симметричных кабелей: а) однопарный б) четырехпарный в) стопарный. 1 – проводник, 2 - изоляция

В стопарном кабеле (рис. 5.2 в) в каждой из 10 ячеек помещено пять двухпарных кабелей.

Кабели, применяемые в компьютерных сетях, называют «витой парой».

Рассмотрим процессы передачи электромагнитных волн по двухпроводной симметричной линии. Структура силовых линий электрического и магнитного поля изображена на рисунке 5.3.

Рисунок 5.3 - Силовые линии векторов напряженности электрического и магнитного полей

Здесь силовые линии поля начинаются и заканчиваются на проводниках. Силовые линии поля непрерывны и замкнуты вокруг проводников с током I. Поскольку структура двухпроводной линии открытая, то часть силовых линий уходит от системы проводников. Это способствует взаимодействию поля симметричной линии с другими соседними проводниками (наводки) и излучению электромагнитной энергии, когда силовые линии полей и отрываются от проводников. Эффекты излучения и наводки увеличиваются с ростом частоты.

Векторы и перпендикулярны друг другу и вектору Пойнтинга , характеризующему плотность потока мощности в каждой точке среды распространения электромагнитной волны. Поэтому основная волна двухпроводной линии является поперечной электромагнитной волной ТЕМ или Т.

Затухание в симметричной двухпроводной линии определяется несколькими факторами:

− Омические потери, которые увеличиваются с частотой благодаря поверхностному эффекту;

− потери за счет излучения и наводок на соседние металлические проводники, которые тоже возрастают с увеличением частоты;

− потери в диэлектрической среде, связанные с ее неидеальностью, наличием проводимости σ (tg δ≠0). Эти потери также возрастают с частотой.

Для примера на рисунке 5.6 приведены типичные зависимости для затухания и волнового сопротивления симметричной двухпроводной линии для разных значений диаметра медного провода d.

Рисунок 5.6 - Частотные зависимости затухания и волнового сопротивления симметричной линии

Приведенные зависимости доказывают, что обычные двухпроводные линии можно использовать в диапазоне до 300 – 500 МГц, но при этом надо решать задачу компенсации частотных искажений.