Линии связи в информационных каналах связи.




Линии связи являются одним из основных элементов любого канала, определяющим главные технические характеристики канала связи: надежность, помехоустойчивость, нагрузочная способность.

По способу физической реализации линии связи подразделяются на четыре вида:

- проводные,

- оптические,

- радиолинии
- оптоволоконные.

В системах управления технологическим оборудованием широкое распространение получили два вида линий - проводные и оптоволоконные. Использование оптических линий затруднено тем, что они требуют размещения приемника с передатчиком в пределах прямой видимости, что далеко не всегда возможно в производственных условиях. Применение радиолиний также проблематично из-за воздействия на канал мощных индустриальных помех с достаточно широкой полосой пропускания, немалую проблему составляют также помехи от многократных отражений радиосигнала от окружающих в основном радио непрозрачных материалов оборудования, зданий, оснащения.

Проводные линии связи.

Конструктивной особенностью таких линий является наличие металлических токопроводящих проводников с соответствующей защитной и электрической изоляцией от окружающей Среды.

Как известно, передача цифровой информации на физическом уровне носит импульсный характер, но процесс формирования импульса проходит три стадии: нарастание напряжения на проводнике до заданного уровня амплитуды импульса - передний фронт, сохранение амплитуды импульса в течение его информативной длительности, спад напряжение на проводнике до уровня отсутствия информационного импульса - задний фронт. Аналогично изменяется в проводнике и электрический ток, но со сдвигом по фазе на 90 градусов.

Таким образом, вследствие изменения напряжения в линии в течение определенного времени сам процесс передачи энергии от передатчика к приемнику носит волновой характер: возникшая в передатчике электромагнитная волна распространяется вдоль сигнальной линии. Дойдя до приемника, волна частично поглощается приемником, а частично - отражается и возвращается к передатчику, где также частично отражается и возвращается снова к приемнику, естественно с определенной задержкой. Таким образом, в сигнальной линии возникает явление называемое стоячей волной. Данная волна производит искажение основного сигнала. Степень искажения характеризуется коэффициентом стоячей волны:

КСВv = Vмах / V мин, где:

V мах - максимальная амплитуда результирующей волны,

V мин - минимальная амплитуда результирующей волны.

аналогично и для тока:

КСВi = I мах / I мин.

причем: КСВv = КСВi = Ксв.

Степень искажения сигнала и соответственно КСВ зависит в первую очередь от несогласованности сопротивления нагрузки линии и волнового сопротивления линии:

КСВ = Zо / R н при Rн < Zо

и

КСВ = Rн / Zо при Rн > Zо

где: Rн - активное сопротивление нагрузки линии,

Zо - волновое сопротивление линии связи.

Очевидно, что наилучшим будет вариант, когда КСВ = 1, т.е. Zо = Rн, в этом случае волна полностью поглощается нагрузкой и ее отражения не происходит. Однако это частный и достаточно редкий случай, так как для построения экономичных систем передачи информации входное сопротивление нагрузки стараются делать как можно больше, а волновое сопротивление линий связи зависит в основном от их конструктивных параметров. Рассмотрим несколько примеров.

А )Коаксиальный кабель. Схематическое изображение такого кабеля приведено на рис.1.21.а.

 

 

А. б. D d

D

       
   
 
 

 


d

1 2 3 1 2 3

 

 

Рис.1.21. Схемы сечений линий связи.

Кабель состоит из наружного проводника 1, внутреннего проводника 3 и разделяющего их слоя диэлектрика 2. Волновое сопротивление такого кабеля равно:


Zо = 138 / К * ln D / d (ом), где:

а, в - размеры сечения кабеля на рис.1.21.а.

К - диэлектрическая проницаемость диэлектрика.

Значения диэлектрической проницаемости некоторых изолирующих материалов приведены в таблице 1.9

 

Таблица 1.9

Материал диэлектрика К
Воздух Бакелит Ацетилцеллюлоза Оконное стекло Слюда Бумага Оргстекло Полиэтилен Полистирол Фарфор Кварц Тефлон 4,4...5,4 3,3...9,9 7,6...8,0 5,4 3,0 2,8 2,3 2,6 5,1...5,9 3,8 2,1

 

 

Выпускаемые отечественной промышленностью коаксиальные кабели обычно сопровождаются данными об их распределенной емкости, индуктивности и волновому сопротивлению. Обозначение типов отечественных кабелей состоит из четырех частей:

· букв РК,

· первое число - волновое сопротивление в ом,

· второе число - номинальный радиус изоляции, мм,

· третье число - вид изоляции (диэлектрика) и порядковый номер разработки:

вид изоляции обозначается: 1 - полиэтилен, 2 - фторопласт, 3 - полистирол, 4 - полипропилен, 5 - резина, 6 - неорганическая изоляция.

В таблице 1.10 приведены данные некоторых типов отечественных и зарубежных коаксиальных кабелей.

 

Таблица 1.10.

Марка кабеля Волновое сопротивление, ом Распредел. емкость, пф/м Распредел. индуктивн. мкгн/м Наружный диаметр, мм
РК-50-2-13 РК-50-3-13 РК-50-2-21 РК-75-2-21 РК-75-3-11 РК-75-1,5-11   RG-8A/U RG-11A/U RG-59A/U 214-023 214-076   - - - - -   96,8 67,3 68,9 65,6 12,8 - - - - - -   0,27 0,38 0,36 0,36 1,15 4,0 5,0 4,0 4,0 5,0 3,0   - - - - -

 

Волновое сопротивление можно рассчитать по известным значениям распределенных емкости и индуктивности:

 
 


Zо = L / C (ом), где:

 

L - распределенная индуктивность в Гн /м,

С - распределенная емкость в Ф / м.

 

Б) Двухпроводная линия. Схематическое изображение такой линии приведено на рис. 1.21.б. Волновое сопротивление такой линии (витая пара, ленточные кабели - шлейфы и т.п.) можно рассчитать по формуле:

 

 
 


Zо = 276 / К * ln D / d (ом), где:

D, d - размеры линии по рис. 1.21.б.

Как показано выше, наилучшие условия передачи энергии по линии возникают при условии КСВ = 1, В большинстве же случаев КСВ не равен единице, поэтому часть энергии отражается от нагрузки, и степень отражения определяется коэффициентом отражения:

К = (КСВ-1) / (КСВ+1),

а отраженную мощность можно определить как P отр. = К2.

И полезная мощность, переданная нагрузке, определится как:

Рп = Р (1 - К2), где

Р - мощность передатчика,

К - коэффициент отражения.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2018-02-25 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: