Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ГОУ ВПО "Дальневосточный государственный университет путей сообщения"

Кафедра: "Телекоммуникации"

Контрольная работа

по дисциплине "Линии автоматики, телемеханики и связи"

Параметры передачи симметричных кабелей связи

Выполнила: Синица В.С.

Руководитель: Савин Е.З.

Хабаровск 2014г.

Провести расчет первичных и вторичных параметров магистрального кабеля связи на максимальной частоте рабочего диапазона аналоговой аппаратуры или на полутактовой частоте цифровой аппаратуры уплотнения высокочастотных четверок.

МКСБ 7х 4х 1,2

М - Магистральный

К - Кабель

С - Свинцовая оболочка

Б - Броня из двух стальных лент

Элементы конструкции кабеля МКСБ 7х 4х 1,2:

Токопроводящие жилы кабелей выполняют из медной проволоки диаметром 1,2 мм. В кабелях типа МКС жила обматывается полистирольным корделем диаметром 0,8 мм и полистирольной лентой, наложенной с перекрытием. связь кабель магистральный

Изоляция кабелей состоит из трех концентрических слоев полиэтилена, из которых средний промежуточный слой имеет пористую структуру.

Четыре изолированные жилы скручиваются в четверки, в которой две жилы, расположенные по диагонали образуют рабочую пару. Сердечник состоит из 7-ми скрученных четверок.

К перечисленным параметрам линий связи относится:- активное сопротивление (R);- индуктивность (L); - ёмкость (C);- проводимость изоляции (G).

В соответствии с заданием необходимо произвести расчет первичных параметров переменному току на линии длиной L=1 км.

Расчетная часть

Сопротивление двухпроводной кабельной цепи определяется по формуле:



Где

,

сопротивление постоянному току;

- удельное сопротивление металла проводника, Ом*мм 2/м; для медного проводника =0,01785 Ом*мм 2/м; d -диаметр голой жилы, мм;

р - коэффициент, учитывающий тип скрутки; для парной скрутки р=1;

F(kr), G(kr), H(kr) видоизмененные функции Бесселя,

kr=0,0105df=6.325

С помощью таблицы найдём значения специальных функций F(kr), G(kr), H(kr)

диаметр изолированной жилы,

- диаметр корделя, при кордельно-полиэтиленовой изоляции =0,8мм;

- коэффициент смятия корделя из пластмассы =0;

- толщина ленты изоляции стирофлексной или полиэтиленовой ?=0,05 мм;

, -

расстояние между проводниками;

Диаметр центрального повива определим по формуле

Средняя толщина повива равна

Рассчитаем параметры цепи, находящейся в третьем повиве. Определим средний диаметр третьего повива:

Коэффициент укрутки проводов кабеля определяется выражением ([2], 1.1)

где h - шаг скрутки. Его величина обычно составляет 150…300 мм. Выберем h=200 мм.

Rм - сопротивление за счет потерь энергии в окружающих металлических массах, Ом/км;

Пересчет потерь в металле (Rм) для частоты, отличной от 200 кГц, производится по формуле:

Ом/км,

Где =7,5+5,5=13 Ом;

=7,5 Ом- табличное значение сопротивления за счет потерь в смежных четверках;

=5,5 Ом - табличное значение сопротивления за счет потерь в оболочке; f=252000 Гц - частота.

Рассчитаем:

Индуктивность двухпроводной кабельной цепи рассчитывается по формуле:

где r =d/2=1.2/2=0.6 мм - радиус проводника;

Q(kr)=0,447 - видоизмененная функция Бесселя.

Ёмкость двухпроводной цепи определяется:



где =1,2 - эквивалентная диэлектрическая проницаемость кабельной изоляции;

-

поправочный коэффициент, характеризующий близость окружающих металлических масс;

dгр=1,71d1=4,959 мм- диаметр группы для парной скрутки.

Проводимость изоляции кабельных цепей определяется по формуле:

Cм/км

где

=2f= 2*3,14*252000=1582560 рад/с

угловая частота переменного тока, tg=12*10-4 кГц - тангенс угла диэлектрических потерь.

Вторичными параметрами цепей связи является волновое сопротивление и коэффициент распространения:

Zв=;

;

где

= дБ/км;

Тогда скорость распространения электромагнитной энергии по цепям связи определится:

Симметрирование кабелей связи.

Произвести симметрирование низкочастотных цепей симметрического кабеля. Значение емкостных связей и асимметрии двух участков кабеля:

Номер варианта	Значения измеренных емкостных связей (пФ)
	Участок кабеля А	Участок кабеля Б
	К 1	К 2	К 3	К 1	К 2	К 3
7	-140	-210	+100	-230	-310	+60

Номер варианта	Значения измеренных емкостных связей (пФ)
	Участок кабеля А	Участок кабеля Б
	е 1	е 2	е 3	е 1	е 2	е 3
8	-60	-190	+70	+170	-90	+280

Расчетная часть.

Симметрирование называется комплекс мероприятий, проводимый в процессе монтажа кабелей связи, с целью уменьшения взаимных влияний между цепями и влияние внешних полей на цепи, расположенные в кабеле.

При симметрировании низкочастотных цепей в основном применяются метод скрещивания и конденсаторное симметрирование.

На первом этапе производится скрещивание цепей. Метод скрещивания заключается в компенсации электромагнитных связей одно участка кабеля путем соединения жил этих участков напрямую и соединения со скрещиванием. При этом могут использоваться восемь возможных операторов скрещивания.

Подчитывается результирующие связи и асимметрии при всех операторах. В результате выбирается оператор, при котором максимальное значение (по абсолютной величине) остаточных связей имеет меньшее значение.

Для удобства измерений кабелей связи электромагнитные связи нормируется и выражают через так называемые емкостные связи и асимметрии, которые рассчитываются по следующим формулам:

						45		45
К1	=	(С 13	+	С 24)	?	(С 14	+	С 23)	= +90	? коэффициент связи между I и II основными цепями
						50		50
К2	=	(С 13	+	С 14)	?	(С 23	+	С 24)	=+100	? коэффициент связи между I основной и искусственной цепями
						20		20
К3	=	(С 13	+	С 23)	?	(С 14	+	С 24)	= +40	? коэффициент связи между II основной и искусственной цепями
		230
е 1	=	С 10	?	С 20	=	-230				? коэффициент асимметрии между I основной цепью и землей
		280
е 2	=	С 30	?	С 40	=	-280				? коэффициент асимметрии между II основной цепью и землей
		140		140		115		115
е 3	=	(С 10	+	С 20)	?	(С 30	+	С 40)	=+350	? коэффициент асимметрии между искусственной цепью и землей
						175		175

На втором этапе применяется конденсаторное симметрирование. Этот метод заключается в выравнивании емкостных связей и асимметрий с помощью дополнительных конденсаторов.

Измеренные связи	Ёмкости конденсаторов, которые необходимо включить между жилами, пФ
	1 - 3	2 - 4	1 - 4	2 - 3
К 1= +90	-	-	45	45
К 2= +100	-	50	-	50
К 3= +40	-	20	20	-
Суммарное значение, пФ	0	70	65	95
Вычитаемая наименьшая величина емкости, пФ	0	0	0	0
Величина емкости включаемых конденсаторов, пФ	-	70	65	95
Измеренные связи	Ёмкости конденсаторов которые необходимо включить между жилами и землёй, пФ
	1-0	2-0	3-0	4-0
е 1= - 230	230	-	115	115
е 2= -280	140	140	280	-
е 3= +350	-	-	175	175
Суммарное значение, пФ	370	140	570	290
Вычитаемая наименьшая величина емкости, пФ	140	140	140	140
Величина емкости включаемых конденсаторов, пФ	230	-	430	150

Параметры волоконных световодов

Произвести расчет основных параметров оптических волокон, а также определить пропускную их способность и дальность непосредственной связи.

Исходные данные:

Диаметр светоотражающей оболочки (b) - 125 мкм;

Диаметр сердечника (2а) - 50 мкм;

Рабочая длина (л) - 1,31 мкм;

Система передачи - "Сопка-2", скорость передачи 8,448 Мбит/с;

Ширина спектра излучения (?л) - 0,8 нм;

Строительная длина оптического кабеля - 2 км;

Параметр устойчивости скрутки - 22;

Диаметр скрутки d=8,3мм;

Коэффициент микроизгибов - 12.

Расчетная часть.

1. Расчет показателя преломления компонентов волоконного световода

Для изготовления световодов применяют кварцевые стекла с добавками окиси германия, фосфора повышающими показатель преломления кварца, и добавки окиси бора, фтора, понижающими показатель преломления стекла.

При определении показателя преломления основных компонентов волоконного световода, необходимо учитывать, что в качестве материала светоотражающей оболочки, как правило, применяется чистое кварцевое стекло (SiO2), а для изготовления сердечника - легированный кварц.

.Состав стекла	Тип коэффициента	Значение коэффициента при i, равном
		1	2	3
SiO2	Ai	0,6961663	0,4079426	0,8974794
	Ii	0,0684043	0,1162414	9,896161
3,1% G2O2	Ai	0,7028554	0,4146307	0,8974540
96,9 SiO2	Ii	0,0727723	0,1143085	9,896161

При оценки показателя преломления стекол необходимо учитывать его зависимость от длины волны, т.е. спектральную зависимость, которая для диапазона длин волн 0,6 - 2,0 мкм характеризуется трехчленом формулой Селмеера:

;

;

- показатель преломления сердечника;

2,093243

1,447 - показатель преломления оболочки.

2. Расчет нормированной частоты

13,973 Гц;

где - радиус сердечника световода, мкм.

3. Расчет числа мод в световоде:

.

4. Расчет числовой апертуры

Важной характеристикой световода является числовая апертура NA (Numerical Aperture), которая представляет собой синус от апертурного угла .

Апертурный угол - это угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, воздействующего на торец световода.

Числовая апертуру расчитывается по формуле:

где

-

относительная разность показателей преломления.

5. Расчет волнового сопротивления и коэффициента фазы

Вычислим волновое сопротивление идеальной среды:

Ом,

где

-

относительная магнитнаяя проницаемость;

Ф/м

Значение предельного волнового сопротивления сердечника и оболочки находится в пределе:

Ом

Вычислим волновое число идеальной среды:

где =1,31 мкм - длина волны.

Найдем волновые числа:

- оболочки

рад/км;

- сердечника

рад/км.

Коэффициент фазы зависит от волнового числа среды и находится в пределах:

рад/км,

рад/км.

6. Расчет коэффициента затухания

Затухание световодных трактов обусловлено собственными потерями в волоконных световодах и дополнительными потерями, так называемыми кабельными , обусловленными деформацией и изгибами при наложении покрытий и защитных оболочек в процессе изготовления оптического кабеля, т.е.:

Собственные потери волоконных световодов состоят в первую очередь из потерь поглощения и потерь рассеивания , т.е.:

Под кабельными потерями понимают потери энергии на макроизгибы и микроизгибы:

Таким образом, полные потери в волоконном световоде составят:

Затухание в результате поглощения связано с потерями на диэлектрическую поляризацию и существенно зависит от свойств материала световода:

,

где - показатель преломления сердечника;

- длина волны,

- тангенс угла диэлектрических потерь в световоде.

Затухание на рассеяние рассчитывается по формуле:

,

где К=1,38*10-23 Дж/К - постоянная Больцмана;

Т=1500 К - температура перехода стекла в твердую фазу;

=8,1*10-11 м 2/Н - коэффициент сжимаемости;

Потери на макроизгибы обусловлены скруткой волоконных световодов по геликоиде вдоль всего оптического кабеля и для ступенчатых стекловолокон рассчитываются по формуле:

,

где а=25 мкм - радиус сердечника;

= -тносительная разность показателей преломления;

d=8.3 мм - диаметр скрутки;

Отношение S/d=22 -параметр устойчивости скрутки.

Дополнительное затухание за счет излучения при микроизгибах:

где k=12 - коэффициент, зависящий от длины и амплитуды микроизгибов;

b=125 мкм -диаметр оболочки.

Вычислим полные потери в волоконном световоде:

7. Расчет дисперсии оптического волокна

В световодах при передачи импульсных сигналов после прохождения некоторого расстояния импульсы искажаются, расширяются и наступает момент, когда соседние импульсы перекрывают друг друга. Данное явление в теории световодов носит название дисперсии.

Дисперсия возникает по двум причинам: некогерентность источников излучения и появления спектра ?л, существование большого числа мод.

Первая называется хроматической дисперсией, которая делится на материальную и волновую. Второй вид дисперсии носит название модовой, которая, однако, в одномодовых световодах отсутствует полностью.

Уширение импульсов за счет модовой дисперсии рассчитывается по формуле:

пс/км,

где с=300000 км/с - скорость света в вакууме.

Максимальная ширина полосы пропускания на 1 км оптической линии приближенно определяется по формуле:

8. Расчет длины регенерационного участка

Длина регенерационного участка для выбранной аппаратуры передачи и заданном качестве связи определяется характеристиками оптического кабеля: затуханием и дисперсией. Затухание лимитирует длину участка по потерям в тракте передачи. Дисперсия приводит к расширению импульсов, которое возрастает с увеличением длины линии, что приводит к повышению вероятности ошибки передаваемой информации.

Определение длины регенерационного участка по затуханию оптического кабеля

где

П=Рпер-вх-вых-Рпр.мин=0-(-5)-(-3)-(-62)=70 дБ -

энергетический потенциал аппаратуры;

Рпр.мин=62 дБм - минимально допустимая мощность на входе фотоприемника;

Рпер=0 дБм - уровень мощности генератора излучения;

вх=5 дБ; вых=3 дБ - потери при вводе и выводе излучения из волокна;

рс=0,5 дБ - потери в разъемном соединении;

нс=0,03 дБ - потери в неразъемных соединениях;

= - коэффициент затухания оптического волокна;

- строительная длина оптического кабеля.

Определение длины регенерационного участка по пропускной способности оптического кабеля

Длина регенерационного участка с учетом дисперсии определится:

где В=8,448 Мбит/с - скорость передачи информации;

=пс/км - уширение импульса.

Максимальная длина регенерационного участка составит 1,8548 км.

Размещено на Allbest.ru

...