Требования, предъявляемые к параметрам кабельных сетей коллективного телевизионного приема

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПАРАМЕТРАМ КАБЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ КОЛЛЕКТИВНОГО ТЕЛЕВИЗИОННОГО ПРИЕМА

1 КОАКСИАЛЬНЫЕ КАБЕЛИ ДЛЯ СИСТЕМ КТВ

Коаксиальный кабель состоит из трех основных элементов

- внутреннего проводника;

- внешнего проводника;

- диэлектрика.

Конструкция и материал каждого элемента могут быть разнообразными в зависимости назначения и области применения. В коаксиальном кабеле возможно существование поперечных электромагнитной волны типа ТЕМ.

Ее магнитное поле имеет такую же структуру как поле коаксиального с постоянным током, а электрическое поле, как поле коаксиального конденсатора.

ТЕМ волна не имеет критических частот (fкр=0), поэтому по коаксиальному кабелю могут распространятся колебания волн типа ТЕМ любых частот.



ТЕМ волна - волна основного типа. Все волны типов Е и Н - волны высших типов. Изменения напряженности магнитного поля по сечению коаксиального кабеля.

Напряженность магнитного поля в пространстве между проводниками

. (1)

Распределение плотности тока в проводниках коаксиального кабеля.

2 ПЕРВИЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОАКСИАЛЬНОГО КАБЕЛЯ

Коаксиальный кабель характеризуется четырьмя первичными параметрами:

- сопротивлением R;

- индуктивностью L;

- емкостью С;

- проводимостью изоляции G.

Сопротивление коаксиального кабеля складывается из сопротивления внутреннего проводника Ra и внешнего Rb

(2)

(3)

где f - Гц,

- Оммм2/м - удельное сопротивление,

а - мм - радиус провода

(4)

, (5)

для меди = 0,0175 Оммм2/м.

. (6)

Индуктивность коаксиального кабеля складывается из внутренней проводимости проводников Lia и Lib межпроводниковой или внешней индуктивности Le

. (7)

Для медных проводников

. (8)

На высоких частотах второй член очень мал, тогда

(9)

(10)

, (11)

. (12)

Обычно первый член очень мал

. (13)

3 ВТОРИЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ КОАКСИАЛЬНОГО КАБЕЛЯ

Ими являются:

- коэффициент распространения ;

- волновое сопротивление Zc;

- коэффициент затухания ;

- коэффициент фазы .

Вторичные параметры кабеля определяются через его первичные параметры

. (14)

Коэффициент распространения является постоянной величиной, его вещественная часть - коэффициент затухания , мнимой частью является коэффициент фазы.

На частотах выше 60 Кгц

. (15)

Волновое сопротивление определяется как

. (16)

Для радиочастотного кабеля

(17)

На высоких частотах волновое сопротивление активно:

. (18)

Коэффициент затухания коаксиального кабеля

(19)

. (20)

Можно выделить затухание в металле R и диэлектрике G. Для меди a=b=1, a, b=0,0175 Оммм2/м.

Коэффициент фазы коаксиального кабеля определяется по формуле

; (21)

, (22)

при

. (23)

Коэффициент фазы зависит только от качества диэлектрика и имеет линейную частотную характеристику. Коаксиальный кабель не вносит фазовых искажений.

Фазовая скорость:

. (24)

Коэффициент укорочения волны характеризует уменьшение скорости волны в кабеле по сравнению со свободным пространством

. (25)

Длина волны в кабеле

. (26)

4 КОНСТРУКЦИЯ И МАТЕРИАЛЫ РАДИОЧАСТОТНЫХ КАБЕЛЕЙ

Для коаксиальных кабелей существует определенное соотношение D/d при котором затухание минимально , D/d = 3,6.

В зависимости от того, какие требования предъявляются к кабелю и для каких целей он используется, оптимальное соотношение может изменяться.

D/d		Достоинство конструкции
3,6		Минимальное затухание (максимальная дальность связи)
2,718		Максимальная электрическая прочность
1,6 - 1,8		Максимальная передаваемая мощность

Таблица - Материалы изоляции

Материал
Полиэтилен	2,3	1,51
Фторопласт	2,0	1,41
Пористый полиэтилен	1,5	1,22
Пористый полистирол	1,2	1,09
Полистирол	2,53	1,59
Полиизобутилен	2,3	1,51

Рисунок - Конструкции внешних проводников гибких коаксиальных кабелей (о - трубка; а - оплетка; б - повив плоских проволок; в - повив круглых проволок; г - повив внутренних проводников)

Рисунок - Конструкции изоляции

а) однопроволочный

б) скрученный

в) плетенный

а - сплошная б - полувоздушная в - воздушная

1 - монолитная 4 - пористая 7 - кордельная

2 - ленточная 5 - кордельно-трубочная 8 - шайбовая

3 - двухслойная 6 - шлицованная 9 - колпачковая

МАРКООБРАЗОВАНИЕ ПРЕДУСМОТРЕНО ГОСТ 1132.078

РК - радиочастотный коаксиальный;

РД - радиочастотный симметричный (двухпроводный);

РС - радиочастотный спиральный;

РП - радиочастотный полосковый;

РИ - радиочастотный излучающий.

РК 50-2-25:

РК - радиочастотный

50 - волновое сопротивление

2 - диаметр по изоляции

2 - сплошная полиэтиленовая изоляция

5 - порядковый № разработки кабелей РК 50-2-2.

5 ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИИ КАБЕЛЕЙ ДЛЯ СИТЕМ KTB

Стоимость кабелей увеличивается пропорционально уменьшению коэффициента затухания. Затухание кабеля на усилительных участках компенсируется усилителями. При достаточном числе усилителей на конечной длине линии можно найти оптимальные размеры кабеля, при которых, при заданных параметрах усилителя, стоимость кабельной сети в целом будет минимальной. Следует иметь ввиду, что затухание кабелей стабильно в весьма ограниченных пределах. Дестабилизирующими факторами являются изменения температуры окружающей среды, изменение влажности, механические нагрузки. Эти изменения можно скомпенсировать с помощью систем АРУ (термо АРУ).

Наиболее важным вопросом при производстве кабелей является обеспечение высокой однородности волнового сопротивления кабеля, определяющего искажения TV сигнала.

В магистральных коаксиальных кабелях регулярность принято характеризовать величиной допустимого магнитного потока (не более 1% от основного), а в радиочастотных кабелях - величиной модуля коэффициента отражения или коэффициента стоячей волны связанного с величиной магнитного потока. Исходя из норм на магнитный поток или .

Эта величина включает магнитные потоки от неоднородностей кабеля, усилителей и ответвителей. При этом величина магнитного потока от внутренних неоднородностей не должна превышать 0,25% (52дБ), что соответствует затуханию отражения -26дБ. Такая величина может быть получена только лишь при весьма жестких допусках на диаметры внутреннего и внешнего проводников.

Внутренний проводник обычно вносит большее затухание чем внешний. Обычно изготавливается из материала обладающего высокой проводимостью - медь. В следствии явления поверхностного эффекта сопротивление токам ВЧ создается частью сечения прилегающего к поверхности. Необходимость обеспечения малого сопротивления для токов дистанционного питания (для КТВ) а также требования по механическим характеристикам не позволяют использовать полую металлическую трубку. По стандартам фирм США, Франции, Великобритании внутренний проводник изготавливается трубчатым начиная с 6,0мм. Толщина стенки должна составлять не менее 10%. Гибкость подобных труб на 50% меньше чем у сплошного проводника.

Применение биметаллического проводника решает проблему механической прочности, но не всегда удовлетворяет требованиям дистанционного питания.

Для КТВ внутренний проводник выполняется сплошным из меди.

Внешний проводник - должен вносить как можно меньшее затухание, по возможности не снижать гибкости и обеспечивать требуемые пределы экранирования коаксиальной цепи от ВЧ энергии при ее попадании из внешнего поля. Кроме этого должен служить физической защитой кабельной изоляции. Внешний проводник в виде оплетки применяется в случаях когда требование гибкости является основным (абонентские кабели). В магистральных кабелях внутренний проводник из оплетки не применяется, так как он существенно увеличивает затухание и не обеспечивает требуемого затухания экранирования.

Гофрирование внешнего проводника существенно повышает жесткость и гибкость конструкции.

В магистральных кабелях целесообразно использовать сплошные трубки, гладкую или гофрированную (поперечно-кольцевую или спиральную) с продольным швом, выполненным внахлест или сваркой.

В абонентских кабелях, где важнейшим требованием является гибкость внешний проводник выполняется из оплетки с предварительной подмоткой слоем фольги медной.

Оболочки - для магистральных или распределительных кабелей - из светостабилизированного полиэтилена, а абонентских кабелей из негорючего поливинилхлорида или полиэтилена.

6 ХАРАКТЕРИСТИКИ КОАКСИАЛЬНЫХ КАБЕЛЕЙ ДЛЯ СИСТЕМ КТВ

В системах КТВ используются следующие типы коаксиальных кабелей:

- магистральные;

- распределительные;

- абонентские.

Эти кабели рассчитаны на использование в диапазоне до 300мГц (в перспективе при увеличении числа каналов - до 900мГц). Магистральный кабель рассчитан для использования на магистральных и соединительных линиях систем КТВ. По кабельным соединительным линиям, так же как и по РРЛ и спутниковым линиям связи осуществляется передача телевизионных программ от различных TV станций на центральную TV станцию.

Длина магистральной линии в системах КТВ, как правило ограничивается несколькими км (не более 20-30км). Основная причина - эффект накопления искажений тепловых шумов последовательно включенных усилителей, эффект накопления вторично отраженных сигналов (попутного потока), вызванный структурными нерегулярностями кабеля и нерегулярностями вносимыми усилителями, направленными ответвителями и другими элементами линейного тракта. Число последовательно включенных усилителей может колебаться в широких пределах и зависит от длины линии и расстояния между усилителями (0,6-1,5 км).

Длинна распределительной линии как правило не превышает несколько км, а длина абонентских линий - несколько десятков метров.

Магистральные кабели (зарубежные) имеют следующие характеристики:

Диаметр - 12,7; 17,3; 18,0; 19,0; 22,0.

Внутренний проводник - сплошная медь, биметалл, AL сплав планированный Сu.

Внешний проводник - гладкая или гофрированная труба из медной или Аl ленты.

Изоляция - сплошной (=2,3) или пористый (=1,5) полиэтилен.

Оболочка - светостабилизированный полиэтилен.

Номинальное волновое сопротивление - 75 Ом.

Затухание экранирования на частоте 200мГц - 80дБ.

Затухание отражения (уровень обратного потока) - 26дБ.

Изоляция из полиэтилена позволяет прокладывать кабели в канализации, грунте и использовать их в воздушных линиях (при наличии несущего троса). Гофрирование обеспечивает жесткость, повышает гибкость, что важно при монтаже и прокладке кабеля.

Кабели предназначенные для работы в условиях повышенной влажности, поверх внешнего проводника под оболочкой имеют дополнительное покрытие.

Распределительные кабели для систем КТВ по конструкциям аналогичны магистральным.

Абонентские кабели используются для прокладки по коридорам и холлам а также в квартирах. Внешняя оболочка - из негорючего поливинилхлорида.

Внешний проводник из оплетки не применяется, так как он существенно увеличивает затухание на ВЧ, и не обеспечивает требуемого затухания экранирования. Диаметр абонентских кабелей не превышает 7 мм. Затухание экранирования в зависимости от конструкции внешнего проводника - 30-80 дБ. В соответствии с указанными требованиями промышленностью выпускается серия радиочастотных кабелей для КТВ, все они имеют волновое сопротивление 75 Ом.

7 СТРУКТУРА АЛЮМИНИЕВЫХ МАГИСТРАЛЬНЫХ КАБЕЛЕЙ СО ВСПЕНЕННЫМ ДИЭЛЕКТРИКОМ

Рисунок 1 - Центральный проводник (диэлектрик, первый внешний проводник, второй внешний проводник, третий внешний проводник, четвертый внешний проводник, заполняющий компаунд, трос)



Рисунок 2

кабельный сеть телевизионный прием

Рисунок - Центральный проводник, полимерный клей, диэлектрик, внешний проводник, заполняющий компаунд, внешний диэлектрик и армирование

Внутренний проводник в магистральных кабелях со вспененным диэлектриком представляет собой алюминиевую жилу, плакированную (покрытую) медью. Безукоризненная передача сигнала достигается благодаря тщательной полировке, что в свою очередь уменьшает влияние поверхностного (sceen) эффекта. В данных кабелях диэлектрик изготовлен из вспененного полиэтилена. Первоначально для получения пенистой структуры применяли химические процессы.

Однако исследования показали, что полученный таким методом диэлектрик ведет себя нестабильно. Эта технология не гарантировала стабильности основных параметров кабелей в процессе многолетней эксплуатации. В настоящее время вспенивание полиэтилена достигается путем впрыскивания химически нейтрального газа - азота.

Уникальная технология дает возможность однородного заполнения микроскопическими пузырьками газа целой структуры. В то же время частицы азота не соединяются между собой, что обеспечивает полную водонепроницаемость материала диэлектрика. В процессе многолетней эксплуатации химически нейтральный азот гарантирует стабильность и прочность насыщенного им полиэтилена. Это имеет решающее значение для сохранения электрических параметров.

В кабелях со вспененным диэлектриком в случаях повреждения экранирующей трубы проникновение воды невозможно, так как однородная структура вспененного полиэтилена плотно заполняет внутреннее пространство кабеля. Эта структура поддерживает постоянное расстояние между экраном и внутренней жилой даже при сгибах под острым углом, в отличие от ячеистого диэлектрика («бамбука»). Это выражается в малых допустимых радиусах изгиба кабеля. Наружным проводником (экраном) служит алюминиевая труба. Она может быть изготовлена методом электросварки тонкой алюминиевой жести в аргоновой среде. Это одна из самых простых и дешевых технологий, однако процесс сварки вызывает появление локальных очагов высокой температуры, что оказывает отрицательное влияние на однородность экранирующей трубы.

Наружный проводник может быть также изготовлен в виде толстостенной трубки без шва методом волочения. Эта технология исключает возможность образования очагов коррозии, возникающих в процессе сварки. Она также обеспечивает существенное улучшение механических параметров (малый допустимый радиус изгиба) и коэффициента экранирования. Кабели, изготовленные таким образом, являются самым совершенным достижением в области магистральных проводов САТV. Наружная изоляция выполнена из полиэтилена. Дополнительным предохранителем наружного проводника служит слой полужидкой субстанции - полиизобутилена, который находится под наружной оболочкой. В случае повреждения кабеля наступает его самоуплотнение. Подобным образом в местах крепления магистральных контактов полужидкий гель гарантирует дополнительную изоляцию. Внутренняя жила и экран тщательно приклеиваются к диэлектрику в целях обеспечения полной герметичности кабелей.

8 СТРУКТУРА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ И АБОНЕНТСКИХ КАБЕЛЕЙ

В процессе укладки распределительные и абонентские кабели должны соответствовать высоким требованиям к эластичности и сопротивляемости, к изменению параметров (в частности, коэффициента экранирования). Функцией конструкции наружного проводника является экранирование кабеля. Магистральные кабели с наружным проводником, изготовленным в виде непрерывной металлической трубы, практически не дают излучения. Учитывая определенные механические требования к кабелям, применяемым внутри зданий, невозможно использовать цельный жесткий экран. Как правило, применяется лента из полистирола, ламинированная с двух сторон алюминием, а в качестве второго слоя используют оплетку из проволоки CuSn или Аl. Такая комбинация характеризуется хорошим экранированием при сохранении соответствующей эластичности. Если требуется больший коэффициент экранирования, применяется дополнительная лента (tri-shilded) или дополнительная лента и оплетка (quad-shilded). Как и в магистральных кабелях, в целях обеспечения низкой затухающей способности диэлектрик изготавливается из вспененного азотом полиэтилена.

Исследования абонентских кабелей показали, что основной проблемой является ухудшение параметров (главным образом коэффициента экранирования) вследствие напряжений, возникающих, в процессе монтажа. Для предотвращения этого явления применяются специальные внутренние проводники, изготовленные из прочного плакированного медью металлического провода, надежно соединенного с диэлектриком. Они отличаются хорошей проводимостью высокочастотных сигналов (скин-эффект) и значительной сопротивляемостью к растяжению. В случае необходимости применения дополнительной гидроизоляции распределительные и абонентские кабели покрываются слоем полиизобутилена. При внутреннем монтаже наружную оболочку данных кабелей изготавливают из полиэтилена белого цвета, при наружных - из черного. Существуют также совмещенные с телефонными проводами абонентские кабели, значительно снижающие стоимость монтажа при совместной установке кабельного телевидения и телефонов.

Размещено на Allbest.ru