Расчёт электромагнитного поля коаксиальной линии передачи энергии

   Распределение магнитного поля основной волны в  поперечном сечении линии совпадает  с распределением магнитного поля постоянного тока. Так как силовые линии постоянного магнитного поля в этом случае имеют форму концентрических окружностей с центром на оси Z, то для основной волны

. Учитывая далее, что в поле волны ТЕМ отношение взаимно перпендикулярных составляющих векторов равно , будем иметь

.                                                                                      (16)

   Таким образом, составляющие векторов поля основной волны в коаксиальной линии принимают вид:

                                                         (17)

   На  этом расчёт электромагнитного поля в коаксиальной линии передачи энергии закончен [1 – 9].

3. ТИПЫ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И ПАРАМЕТРЫ РАДИОЧАСТОТНЫХ КОАКСИАЛЬНЫХ КАБЕЛЕЙ 

   Радиочастотные  кабели выпускаются следующих типов:

РК –  радиочастотные коаксиальные кабели;

РД –  радиочастотные симметричные кабели, двухжильные или из двух коаксиальных пар;

РС –  радиочастотные кабели со спиральными проводниками коаксиальные и симметричные.

   Кабели  по конструктивному выполнению изоляции разделяются на три группы:

   1) кабели со сплошной изоляцией,  у которых все пространство  между внутренним и внешним проводниками (коаксиальные кабели) или между токопроводящими жилами и их экраном (симметричные кабели) заполнено сплошной изоляцией или обмоткой из изоляционных лент;

   2) кабели с воздушной изоляцией,  у которых на внутреннем проводнике (коаксиальные кабели или симметричные кабели из двух коаксиальных пар) или на жилах (симметричные кабели) через определенный интервал имеются выполненные из изоляционного материала шайбы, колпачки или кордель, наложенный по винтовой спирали, образующие изоляционный каркас между внутренним и внешним проводниками или между жилами и их экраном;

   3) кабели с полувоздушной изоляцией,  у которых трубка из изоляционного материала, выполненная сплошной или в виде обмотки из лент, расположена поверх или под изоляционным каркасом, помещенным между внутренним и внешним проводниками (коаксиальные кабели или симметричные кабели из двух коаксиальных пар) или на каждой из двух жил (симметричные кабели).

   К полувоздушной изоляции относится  также пористо-пластмассовая, баллонная и изоляция в виде шлицованной трубки. 

   По  номинальному волновому сопротивлению устанавливаются следующие ряды кабелей:

- типа  РК - 50, 75, 100, 150 и 200 Ом;

- типа  РС – 50, 75, 100, 150, 200, 400, 800, 1600 и 3200 Ом;

- типа  РД – 75, 100, 150, 200 и 300 Ом.

   Допускается в технически обоснованных случаях волновое сопротивление менее 50 Ом. Значения выбираются из ряда: 6; 9,5; 12,5; 19; 25; 37,5 Ом.

   Номинальный диаметр по изоляции коаксиального  кабеля, коаксиальных пар симметричного  кабеля и наибольший размер но заполнению или скрутке симметричного двухжильного кабеля должен быть равен одной из величин следующего ряда: 0.60; 0.87: 1.0: 1.5; 2,2; 2,95; 3,7; 4,6; 4,8; 5,6; 7,25; 9,0; 11,5; 13,0; 17,3; 24,0; 33,0; 44,0; 60,0; 75,0 мм. Допускается разработка и изготовление кабелей с диаметром меньше 0,6 мм.

   Для кабелей с гофрированным внешним  проводником диаметр по изоляции принимается равным наименьшему внутреннему диаметру гофра.

   Номинальный диаметр сердечника кабеля со спиральным внутренним проводником должен быть равен одному из следующих значений 3,0; 7,0 мм. Допускаются другие размеры диаметров, которые должны быть указаны в стандартах нлн технических условиях на кабели определенных марок.

   Коаксиальные  кабели в зависимости от номинального диаметра по изоляции разделяют на четыре группы: субминиатюрные – диаметром до 1 мм, миниатюрные – от 1,5 до 2,95 мм, среднегабаритные - от 3,7 до 11,5 и крупногабаритные – более 11,5 мм.

   По  теплостойкости кабели разделяют на три категории:

- обычной  теплостойкости – для температур  до 125С включительно;

- повышенной теплостойкости – для температур выше 125С до 250С включительно;

- высокой  теплостойкости – для температур выше250С.

   Марки кабелей должны состоять из букв, тип кабеля и трех чисел (разделённых тире).

   Первое  число означает величину номинального волнового сопротивления.

Второе  число означает:

- для  коаксиальных кабелей – значение номинального диаметра по изоляции, округленное до ближайшего меньшего целого числа для диаметров более 2 мм (за исключением диаметра 2,95 мм, который должен быть округлен до 3, и диаметра 3 мм, который округлять не следует);

- для  кабелей со спиральными внутренними  проводниками - значение номинального диаметра сердечника;

- для  симметричных кабелей с изолированными  жилами - значение наибольшего размера по заполнению или по скрутке.

Третье  двух- или трехзначное число, первая цифра которого означает группу изоляции и категорию теплостойкости кабеля, а последующее - порядковый номер разработки.

   Каждой  группе изоляции при соответствующей  теплостойкости кабеля присвоено следующее  цифровое обозначение:

1. Кабели  обычной теплостойкости со сплощной  изоляцией; 

2. Кабели  повышенной теплостойкости со  сплошной изоляцией; 

3. Кабели  обычной теплостойкости с полувоздушной  изоляцией; 

4. Кабели  повышенной теплостойкости с  полувоздушной изоляцией;

5. Кабели  обычной теплостойкости с воздушной  изоляцией; 

6. Кабели  повышенной теплостойкости с  воздушной изоляцией; 

7. Кабели  высокой теплостойкости.

   К марке кабелей повышенной однородности или повышенной стабильности параметров в конце через тире добавляется буква С.

   В марках коаксиальных и симметричных кабелей, защитный покров которых относится к типам, предусмотренными ГОСТ 7006-72, в конце через тире должно быть указано буквенное обозначение типа брони. В технически обоснованных случаях допускается введение дополнительных буквенных обозначений, что должно быть оговорено в стандарте или технических условиях на кабель определенной марки.

   Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

   Зарубежные коаксиальные кабели

   По  американской классификации за буквами RG, обозначающими вид кабеля, через дефис следует его номер, состоящий из одной - трех цифр. Буквы F, D или C указывают на различные модификации кабеля с тем или иным номером.

Все кабели, упомянутые в таблице, имеют близкие  значения коэффициента укорочения. Так, у RG-62A/U коэффициент укорочения равен 0.84, у RG-16/U - 0.67, у остальных - 0.66 [13].

                   Характеристики зарубежных коаксиальных  кабелей        Таблица  4

 

   Коаксиальные  кабели Uniflex 

   Линии передачи являются одной из важных частей разветвленных систем и сетей. Они должны обеспечить надежную связь между устройствами, формирующими сигналы в сети, и аппаратурой, принимающей эти сигналы. Развитие телекоммуникационного оборудования содействовало прогрессу в области разработки и производства коаксиальных линий передачи, предназначенных для работы в ВЧ и СВЧ диапазонах. Коаксиальные кабели торговой марки Uniflex (рис. 2), производимые фирмой Digicom (США), имеют хорошие технические характеристики, высокие эксплуатационные параметры, удовлетворяют требованиям, предъявляемым к современным линиям передачи телевизионных и радиосигналов.

Рис. 2. Конструкция  кабеля 

Улучшение качественных показателей коаксиальных линий передачи обусловлено применением широкополосных технологий в кабельных сетях, использующих частотный диапазон 5-900 МГц, освоением диапазона частот 950-2700 МГц для передачи сигналов ПЧ спутникового вещания и MMDS. Увеличение числа наземных эфирных вещательных станций (телевизионных, радио, телеметрических, сотовой связи) диктует необходимость защиты линий передачи сигналов от антенных систем и кабельных сетей от внешних источников помех, а также уменьшения уровня ВЧ мощности, излучаемой кабелем в эфир. Поскольку работы по монтажу и ремонту разветвленных кабельных сетей требуют больших капиталовложений, линии передачи должны иметь конструктивные параметры, обеспечивающие устойчивость к различным видам механических напряжений и деформаций, а также высокую эксплуатационную надежность, гарантирующую их работу в тяжелых условиях при воздействии активных веществ и изменении климатического фона. Ниже приведена таблица 5 характеристик коаксиальных кабелей Uniflex [10]. 
 
 
 
 
 

Таблица 5

 
 

   Коаксиальные кабели Vinon 

   Коаксиальный  кабель типа RG6 предназначен для передачи высокочастотных сигналов в различной электронной аппаратуре, особенно в радио- и ТВ – передатчиках, компьютерах, трансмиттерах. Коаксиальный кабель более помехоустойчив, затухание сигнала в нем меньше, чем в витой паре, поэтому его применение оправданно при передаче данных на большие расстояния в тех случаях, когда высокоскоростная передача данных осуществляется на несложном оборудовании. Кабель RG-59 в основном применяется для широкополосной передачи, для передачи сигнала при видеонаблюдении. RG-6 (рис. 3.) имеет больший диаметр по сравнению с RG-59, предназначен для более высоких частот, но может применяться для широкополосной передачи [12]. 

Рис. 3. Вид кабеля 

Характеристики коаксиального кабеля RG6U 75

Волновое  сопротивление, Ом: 75

Емкость, (пФ/м): 53

Скорость распространения,%: 82

Коэффициент экранирования, 30-1000 МГц, (дБ): >75

Обратные  потери, дБ:

      5-470 МГц: >25

      470-860 МГц: >22

      860-2150 МГц: > 20

Затухание при 20 С, дБ/100м:

      10 МГц: 3.0

      50 МГц: 5.4

      200 МГц: 9.4

      470 МГц: 14.2

      860 МГц: 19.8

      1000 МГц: 23.4

Центральный проводник: омедненная сталь 

      диаметр, мм: 1.02

Диэлектрик  диаметр, мм: 4.80

Материал: физически вспененный Пэ

Экран:

      фольга: Алюминий/Полиэт 

      ширина, мм: 18.0

      толщина, мм: 15/15

      экранирование, %: 100

Оплетка: алюминий

      диаметр провода, мм: 0.12

      количество: 16*3

      плотность заполнения, %: 40

      внешний диэлектрик, диам., мм: ПВХ/ПЕ, 6.9

      цвет: белый/черный  

   Коаксиальные кабели CAVEL (Производство Италия) 

   Основополагающие  свойства кабелей CAVEL:

   1. Это физически вспененный (gas-injected) внутренний диэлектрик PEG, обеспечивающий влагостойкость и исключительную стабильность во времени всех параметров кабеля в целом, что чрезвычайно важно для строительства долговечных и надежных антеннокабельных сетей в России;

   2. Это специальный двойной экран (фольга + высокоплотная оплетка), что обеспечивает максимально возможную помехозащищенность сети. Современные требования к строительству цифровых интерактивных кабельных сетей привели к появлению кабеля CAVEL DG 113 с коэффициентом экранирования более 90 дБ;