Содержание
Введение
1 Коаксиальные радиочастотные кабели
2 Основные параметры коаксиальных кабелей
3 Входной контроль кабельнойпродукции4 Конструктивное выполнение кабелей и их параметрыБИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙСПИСОК
Введение
Сооружение СКТВ началось с использованиемрадиочастотных кабелей с волновым сопротивлением 750 Ом общего примененияРК-75-9-12, РК-75-17-12, РК-75-17-17. Однако к конструкциям кабелей для СКТВпредъявляются особые требования.
Во-первых, от радиочастотных кабелей дляСКТВ требуется во возможности минимальное затухание. Известно, что стоимостькабелей увеличивается пропорционально уменьшению коэффициента затухания,которая компенсируется магистральными усилителями. При достаточно большомколичестве усилителей при конечной длине линии можно найти оптимальные размерыкабеля, при которых при заданных параметрах усилителя стоимость кабельной сетив целом будет минимальной.
Очень важно обеспечение высокойстабильности кабелей. Наиболее существенной дестабилизирующий фактор – этоизменение температуры окружающей среды, а также изменение влажности, различныемеханические нагрузки. Очень важно в СКТВ требование высокой регулярности(однородности) волнового сопротивление кабеля, определяющей искажениятелевизионного сигнала. Требуемые параметры к высокой регулярности могут бытьполучены только при весьма жестких допусках на диаметры внутреннего и внешнегопроводников. Конструкция кабелей для СКТВ должна обеспечивать особенностипрокладки и монтажа РК, которые, как правило, связаны с допустимыми радиусамиизгибов, перемотками кабеля и допустимыми растягивающими усилителями.
Исходя из указанных и ряда другихтребований, внутренний проводник РК, который вносит затухания существеннобольшее чем внешний проводник, выполняется сплошным, из меди.
В специальных кабелях для СКТВ внешнийпроводник из оплетки не применяется, т.к. он существенно увеличивает затуханияна высокой частоте и не обеспечивает требуемого затухания экранирования.Поэтому для уменьшения затухания кабеля, увеличения экранирования коаксиальнойцепи от внешних высокочастотных полей, сохранение достаточной гибкости РК ит.д. внешний проводник изготавливается в виде сплошных медных гофрированных илигладких трубок или ленту. Для получения высокой однородности по волновомусопротивлению, исключению проникновения влаги внутрь кабеля, обеспечениевысокого сопротивления изоляции в качестве изоляционного материала обычноприменяется пористый пропилен. Оболочки кабелей выполняются из светостабилизированногополиэтилена.
В зависимости от функциональногоприменения все кабели для СКТВ обычно подразделяются на: магистральные,распределительные, абонентские. В соответствии с указанными требованиямиотечественной промышленностью была разработана и выпускается сериярадиочастотных кабелей специально для СКТВ. Все они имеют волновоесопротивление 75 Ом. Для субмагистральных и магистральных линий используютсякабели типа РК-75-17-13С и РК-75-11-11С, для распределительных – РК-75-7-19 идля абонентских – РК-75-4-11 Наряду с этим используются целый ряд других типовкабелей с аналогичными параметрами.
1 Коаксиальные радиочастотные кабели
Требования к кабелям.
Коаксиальные кабели относятся к категорииэлементов, параметры которых в значительной степени определяют возможностисистемы в целом. В связи с этим кабели должны обладать достаточно низкимзатуханием при высокой стабильности частот в рабочем диапазоне частот, высокимиоднородностью волнового сопротивления и экранным затуханием, механическойпрочностью и стойкостью к воздействию окружающей среды, высокой экономичностьюи технологичностью изготовления.
Перечисленным требованиям удовлетворяетширокая номенклатура кабелей, которые условно разделим на 3 категории:
- магистральные, используемые дляподачи сигналов от головной станции до субмагистральных линий;
- распределительные, применяемые всубмагистральных линиях и линиях домовой РС;
- абонентские, предназначенные дляподключения оконечных устройств.
Таблица 1- Категории кабелей в зависимостиот затуханияДопускаемое затухание a на частоте 200 МГц, дБ/100м, не более Допустимое отклонение волнового сопротивления от номинального значения, Ом Область применения 2,5 ±2 Магистральные линии 2,5…4 ±2 Субмагистральные линии и домовые 4…8 ±2,5 8…13 ±3 13…21 ±5 Абонентские линии
Основным параметром, определяющимкатегорию кабеля, является затухание, значение которого тесно связано с егодиаметром. Обычно в качестве магистральных используемых используются кабели сдиаметром внутренней изоляции 14…22 мм, распределительных с диаметрами 9…13 мми абонентских – менее 5 мм. В зависимости от затухания кабели делят накатегории в соответствии с таблицей 1.
В этой же таблице приведены допуски наотклонение значений волнового сопротивления от номинального 75 Ом.
К числу наиболее важных параметров кабелейотносятся затухание экранирования, от значения которого зависит отношениесигнала к наведенной помехи. Установлено, что при создании систем в районах снапряженностью поля 100мВ/м требуются кабели с затуханием экранирования неменее 60 дБ.
2 Основные параметры коаксиальныхкабелей
Коаксиальные кабели характеризуются рядомпараметров, которые могут быть разделены на параметры стандартизации,конструктивные, технологические, электрические, механические, климатические,параметры надежности и качества. В группу параметров стандартизации включаетсямарка кабеля, номер технических условий. Конструктивные параметры – этоописание материалов, размеров и массы отдельных элементов. К электрическимотносятся первичные и вторичные параметры передачи, параметры экранирования.для радиочастотных коаксиальных кабелей наиболее важны электрические параметры:волновое сопротивление Zв, коэффициент затухания a, электрическое сопротивление проводников R, электрическое сопротивлениеизоляции Rиз, электрическая емкость С, индуктивность С, сопротивлениесвязи Zс, коэффициент отражения, коэффициент стоячей волны (КСВ),неравномерность частотных характеристик затухания и фазы. Для расчетаконструкции кабеля, определения его максимальных возможностей помимо диаметрапо изоляции и волнового сопротивления надо знать эквивалентную диэлектрическуюпроницаемость, диаметр внутреннего проводника. Характерные значенияэквивалентной диэлектрической проницаемости: для сплошной полиэтиленовойизоляции 2,2…2,3, для пористой полиэтиленовой 1,5.
КТВ широко применяются кабели сполужесткими, полугибкими конструкциями внешних проводников. При этомсуществующая система маркировки кабелей представляется не совсем удачной.
Для кабелей, стандартизированных МЭК,установлены следующие правила маркообразования: сначала учитывается номерстандарта: 96 МЭК (96 IEC), затем волновое сопротивление, округленно диаметр поизоляции и порядковый номер конструкции при данных присоединительныхпараметрах.
Пример: МЭК 9675-5-1. В указанном примереконструктивные схемы могут быть различны, но в маркировке это не отражается.Следовательно, такая система маркообразования имеет тот же недостаток, что ипринятая ГОСТ 1326.0-78.
Во многих стандартах наибольшуюизвестность получила система стандартов MIL-C-17, состоящая из двух разделов:
- общие требования и методыиспытания MIL-C-17-F;
- частные спецификации на отдельныемаркоразмеры кабелей.
Пример: М17/152-00001. Здесь М17 – индексстандарта; 152- трехзначный порядковый номер использования по техническимусловиям.
Данная система чисто порядковая – в маркеотсутствуют особенности, определяющие электрические и конструктивные признакикабеля. Все зарубежные фирмы-производители радиочастотных кабелей поставляюткабели в соответствии с требованиями MIL-C-17.
Радиочастотные кабелииспользуются не самостоятельно, а в комплекте с оборудованием СКТВ. Этоособенность комплектующих изделий и приводит к необходимости стандартизацииприсоединительного параметра. Указанный параметр – важнейший показатель,указывающий на возможность соединения кабеля как с активной (усилителем), так ис пассивной (ответвителями, разветвителями) аппаратурой КТВ. В понятие«присоединительный параметр» входят волновое сопротивление и диаметр поизоляции. Последний определяет ряд параметров кабеля и прежде всего такиеважные, как коэффициент затухания и номинальная мощность. фактически изстандартизированного ряда используются коаксиальные кабели со следующимизначениями диаметра по изоляции, мм: 3,7; 5,6; 7,25; 9,0; 11,5; 13,0; 17,3; 24,0.
При проектировании иэксплуатации систем необходимо располагать значениями параметров кабелей.Приведем заимствованные из /2/, /3/ формулы для расчета основных характеристики справочные материалы по кабелям, используемые РС.
Волновое сопротивление Zв=/>.
Для коаксиального кабелякоэффициент затухания, дБ/км:
/>, (8)
Для кабелей с проводниками,выполненными из меди, коэффициент затухания, дБ/км:
/>, (9)
где D1 – диаметрвнутреннего проводника, мм;
D3 — внутреннийдиаметр внешнего проводника, мм;
mа, mв –магнитная проницаемость материала диэлектрика;
f – частота, Гц;
rа, rв –удельное сопротивление материалов соответственно внутреннего и внешнегопроводников;
tg d — тангенс угла диэлектрических потерь материала изоляции.
Температурная зависимостькоэффициента затухания:
/>, (10)
где a20 –коэффициент затухания при температуре 20 °С, дБ;
aa — температурный коэффициент затухания;
t - рабочая температура, °С.
Значения температурногокоэффициента затухания приведены в таблице 2. Экранное затухание Аэ=20lg (1/1,03*104*Zсв), дБ,где Zсв – сопротивление связи.
Таблица 2 — Значениятемпературного коэффициента затухания Коэффициент затухания на частоте 200 МГц Кабель при приемке и поставке, не более, дБ/100 м Температурный на частоте 200 МГц при t=50…+50С, промиле/град РК 75-17-13С 4,6 2 РК 75-11-11С 6,2 2
Модуль сопротивления связиобычно нормируют по частоте 30 МГц, зависимости сопротивления связи длякабелей, имеющих внешний проводник из оплетки и медной ленты, приведены нарисунке 1.
Коэффициент укороченияопределяется диэлектрической проницаемостью диэлектрика и составляет 1,51 длякабелей со сплошным полиэтиленом и 1,23 – с пористым.
/>
Рисунок 1- Зависимость отчастоты сопротивления связи кабелей с внешними проводниками: 1 – из меднойленты; 2 – из оплетки
Для магистральных ираспределительных кабелей значения затухания приведены в таблице 2, гдеуказаны также значения температурного коэффициента затухания.
Следует отметить, что всоответствии с (8) и (9) зависимость коэффициента затухания кабелейпропорционально />. Это позволяетрассчитать затухание кабеля при нормировании его лишь на одной частоте. пустьизвестно, что на частоте f1=200 МГц затухание отрезка кабеля a1 = 50 дБ.Требуется найти его затухание на частоте f2=100 МГц. В соответствиис (1) искомое значение />=33,5дБ. Температурная зависимость коэффициента затухания кабелей определяется (3).на рисунке 2 приведены зависимости коэффициента затухания магистрального кабелядлиной 1 км при разных температурах. На частоте 50 МГц изменение затухания этогокабеля составляет 3,2 дБ, а на частоте 200 МГц 7 дБ, т.е. разность изменений затуханияв диапазоне температур –50…+50С равна 3,8 дБ.
/>
Рисунок 2- Характеристикизатухания магистрального кабеля при разных температурах
3 Входной контролькабельной продукции
До начала монтажных работкабельная продукция должна быть подвергнута входному контролю. кабели, неимеющие соответствующей документации, к входному контролю не допускаются.Кабели подвергаются внешнему осмотру и проверки на соответствиисопроводительной документации. У всех 100% кабелей при разработке, выпуске иэксплуатации должны быть измерены следующие параметры: конструктивные размеры;сопротивление проводников (на постоянном токе); сопротивление изоляции (напостоянном токе); электрическая емкость (на частоте 1 кГц); волновоесопротивление (на частоте 1 …200 МГц); коэффициент затухания (на рабочейчастоте); сопротивление связи (на частоте 30 МГц); коэффициент укорочения длиныволны; коэффициент отражения (в полосе рабочих частот).
Измерение параметроввысокочастотных кабелей рекомендуется проводить на частотах 2, 10, 15, 30, 45,60, 200, 600, 1000 МГц. при необходимости измерения параметров выполняются вполосе частот, определенной технической документацией.
Нормы на параметры кабелей,используемых в СКТВ, крупных СКПТ, приведены в таблице
Таблица 3 — Нормы на параметрыкабелей, используемых в СКТВ, крупных СКПТМарка Волновое КСВН Диапазон Коэффициент Срок охра кабеля сопротивление пиковое значение, не более фоновое значение, не более Частот, ГГц затухания, дБ/м няемости, год РК-75-17-13С 75±3,5 1,35 1,15 0,03…0,27 0,051 20 РК-75-11-11С 75±3,5 1,35 1,15 0,03…0,27 0,068 20 РК-75-9-12 75±5 1,35 1,15 0,03…0,27 0,12 8 РК-75-4-113 75±5 1,35 1,15 0,03…0,27 0,17 20 ТВК 75-11 75±3 1,35 1,2 0,05…0,27 0,14 20 ТВК 75-9 75±3 1,35 1,2 0,05…0,27 0,065 20 ТВК 75-7 75±3 1,35 1,2 0,05…0,27 0,12 20 ТВК 75-5 75±3 1,35 1,2 0,05…0,27 0,16 20
Примечание. В таблице длякабелей типа ТВК – кабели телевизионные, предназначенные для использования вмагистральных (ТВК 75-11), распределительных (ТВК 75-9) и абонентских (ТВК75-4) линиях сетей КТВ приведены данные рекламных проспектов Самарского заводакабелей связи. На СЗКС освоена технология изготовления и производство данных конструкцийдля СКТВ и СКПТ. Применительно с сетям КТВ все 100% кабелей до прокладкиподвергаются испытания проводников (отсутствие их обрыва) и отсутствиесообщения проводников между собой.
Коаксиальные радиочастотныекабели являются основным типом линии передачи ТВ вещания и ОВЧ ЧМ сигналов всети КТВ. В наиболее сложных климатических условиях эксплуатируются кабелиснижения приемных антенн и кабели линейного тракта, используемые на воздушныхпереходах при троссовой подвеске. Они подвергаются воздействию атмосферныхосадков, ветровых нагрузок, солнечной радиации, значительному перепадутемператур (-50…+50 С). Магистральные и субмагистральные линии эксплуатируютсяв основном в условиях кабельной канализации, т.е. в относительно узкомтемпературном диапазоне, однако могут подвергаться воздействию высокойвлажности и даже воды в случаях затопления канализации. Современныеотечественные кабели, получившие применение в СКТВ имеют однопроволочные медныевнутренние проводники, изоляцию из сплошного или пористого полиэтилена. Внешниепроводники выполнены из медных или алюминиевых лент, гладких или гофрированных,наложенных продольно внахлест или с продольным сварным швом. Защитная оболочкапредставляет собой шланговое покрытие из полиэтилена или поливинилхлорида. Применяютсятакже коаксиальные кабели с внешним проводником в виде оплетки. Изоляция изсплошного полиэтилена повышает стойкость кабелей к воздействию повышеннойвлажности. Использование пористого полиэтилена снижает эксплуатационнуюнадежность линий передач, но позволяет существенно снизить километрическоезатухание в линиях КТВ.
Наиболее важнойхарактеристикой кабелей является частотная зависимость коэффициента затухания.нормируемое значения данного параметра устанавливается у учетом требованияобеспечения практически 100% вероятности не выхода измеренного уровня заустановленный. Поскольку расчет требуемого числа усилительных участковпроводиться для экстремальных условий средний коэффициент запаса равен 1,45.
Для радиочастотных кабелейважное значение имеет обеспечение однородности волнового сопротивления кабеляпо длине. Неравномерность волнового сопротивления, выраженная в единицах КСВ,для кабелей СКТВ не должна превышать 1,35. В этом случае отклонения волновогосопротивления от номинального значения 75 Ом не будет превышать 3 Ом.помехозащищенность линии передачи определяется путем измерения сопротивлениясвязи. Модуль сопротивления нормируется в ТУ на кабели на частоте 30 МГц. Дляпредставленных конструкций кабеля с внешними проводниками из металлических ленти трубок сопротивление связи с ростом частоты уменьшается, а помехозащищенностьувеличивается. наибольшей стабильностью волнового сопротивления обладают кабели«С», требования к климатическим параметрам вытекают из многообразных условийэксплуатации радиочастотных кабелей, которые характеризуются многими видамивоздействий и учитываются при проектировании СКТВ.4Конструктивное выполнение кабелей и их параметры
Кабели состоят из медного внутреннегопроводника, полиэтиленовой изоляции и внешнего проводника – оплетки из медныхпроводников или сплошной медной трубки. Внешний проводник магистральных ираспределительных кабелей покрывают оболочкой из светостабилизированногополиэтилена, а абонентских кабелей из негорючего (огнеупорного)поливинилхлорида или полиэтилена.
Недостатками кабелей соплетками являются сравнительно невысокая экранировка, существенное изменениезатухания во времени и значительные затраты при изготовлении. По этим причинамв последнее время часто отдают предпочтение кабелям с внешними проводниками,выполненными в виде сплошных трубок (гофрированных или гладких), к недостаткукоторых следует отнести худшую по сравнению с оплеточными кабелями гибкостьдаже при гофрированных трубках. В качестве изоляционного материала применяютпористый или сплошной полиэтилен. Пористый полиэтилен обеспечивает меньшиезатухание и массу кабеля, чем сплошной. Кабели с изоляцией из сплошногополиэтилена более надежны при сложных условиях прокладки, стойки к внешнимвоздействиям. При использовании изоляции из сплошного полиэтилена упрощаетсятехнология ее наложения и появляется возможность получения высокой стабильностиразмеров путем внедрения прецизионной технологии. Последнее обстоятельствовесьма важно, так как позволяет получить высокую однородность по волновомусопротивлению.
В коаксиальных линиях обычнораспространяется поперечная электромагнитная волна, которую чаще называютТ-волна и которая не имеет частоты отсечки, поэтому коаксиальный кабель можетпередавать энергию на любых частотах, включая постоянный ток. Однако на оченьвысоких частотах в коаксиальном кабеле могут возникать высшие типы волн.Наинизшей такой волной является тип Н11, для которой значения критическойдлины волны />, где D и d –внешний и внутренний диаметры коаксиального кабеля соответственно. Волновоесопротивление коаксиальной линии вычисляется по формуле
/>
Затухание сигнала (дБ/м) в коаксиальнойлинии с медными проводниками:
/>
Минимуму затухания коаксиального кабелясоответствует отношение диаметров, равное 3,6; при этом характеристическоесопротивление линии составляет 77 Ом. Этим объясняется большое распространение75-омных кабелей в телевидении. На частотах более 1 ГГц часто предпочитают всеже 50-омные кабели, т.к. в них меньше сказываются неоднородности соединителей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
коаксиальный радиочастотныйкабель проводник
1 Теория передачи сигналов: Учебникдля вузов / Зюко А. Г., Финк Л. М. и др. – М.: Связь, 2010. – 288 с.
2 Кабельное телевидение. / КоневскийА. Л. – М.: Знание, 2009. – 64 с. (Новое в жизни, науке и технике. Сер.«Радиоэлектроника и связь», №1).
3 ГОСТ 18471-83. Тракт передачиизображения вещательного телевидения. Звенья тракта и измерительные сигналы.
4 Кривошеев М. И. Основытелевизионных измерений. – М.: Радио и связь, 2008. – 608 с.
5 Руководящие технические материалы.Крупные системы коллективного приема телевидения. РТМ.6.030-1-87—М.: МинсвязьСССР, 2010.- 130 с.