- Расчет сопротивления изоляции коаксиального кабеля
- Коаксиальный кабель
- Устройство и принцип работы
- Где используется
- Виды коаксиальных кабелей
- Характеристики коаксиального кабеля
- Маркировка коаксиального кабеля
- Онлайн калькулятор: расчёт затухания в коаксиальном кабеле
- Расчет изоляции коаксиального кабеля
- ТРАНСФОРМАТОРЫ
Расчет сопротивления изоляции коаксиального кабеля
Вопрос о пространственном распределении тока важен, например, при исследовании токов в земле, токов в массивных проводниках, токов проводимости в изоляции.
Между соотношениями, характеризующими стационарное электрическое поле постоянных токов и электростатическое поле в диэлектрике можно провести формальную аналогию. Формальное совпадение будет, если в уравнениях электростатического поля вектор 
заменить на вектор 
, а абсолютную диэлектрическую проницаемость 
кдельной проводимостью 
.
В электростатике граница диэлектрика это проводник и она яляется эквипотенциалью. Вектор 
будет нормален к этой границе проводника.
В проводящих средах существуют области с плохо проводящей средой (почва, несовершенная изоляция диэлектрика). Например, при выполнении заземлителей из стальных стержней удельная прповодимость стали 
, удельная прповодимость почвы 
.
В этом случае поверхность стали можно считать эквипотенциалью и вектор плотности тока в почве считать направленным ортогонально к стальному проводнику. На основании вышеизложенного можно утверждать, что картина электрического поля токов ( в почве или несовершенной изоляции) будет совпадать с картиной поля в соответствующих электростатических задачах.
В связи с этим можно ввести метод электростатической аналогии, позволяющий использовать результаты расчета электростатических задач для расчета соответствующих задач в проводящих средах.
Рассмотрим задачу расчета тока утечки коаксиального кабеля и сопротивления его несовершенной изоляции.
В сечении кабеля, изображенном на рисунке линии напряженности поля и линии тока утечки направленны радиально. Из принципа непрерывности тока получим
l – длина кабеля.
Напряжение между жилами кабеля
Сопротивление изоляции кабеля равно 
а ее проводимость
Формулу для проводимости можно было написать сразу, пользуясь методом электростатической аналогии. Для этого достаточно в формуле для емкости кабеля
заменить 
на γ .
Дата добавления: 2020-03-21 ; просмотров: 679 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
Коаксиальный кабель
Это английское изобретение известно еще с 19-го века. Основной конструктивной особенностью считаются два проводника, расположенные на одной оси и разделенные во внешней оболочке диэлектрическим материалом. В самом начале коаксиальный кабель применялся в общественных телевизионных антеннах для передачи сигнала к телевизорам. В дальнейшем он стал широко использоваться в компьютерных сетях, кабельном телевидении, системах видеонаблюдения и других инженерных радиотехнических комплексах.
Устройство и принцип работы
Простейшая конструкция коаксиального кабеля включает в себя медную жилу, заключенную в изоляцию, металлическую экранирующую оплетку и внешнюю оболочку. В некоторых модификациях дополнительно присутствует слой фольги, что означает двойную экранизацию. Наиболее сильные помехи преодолеваются кабелями, содержащими четыре экранизации, включающей два слоя фольги и два слоя металлической оплетки. Это наиболее простой ответ на вопрос, как выглядит данная конструкция и что содержит внутри.
Некоторые кабели могут быть снаружи покрыты металлической сеткой, выполняющей функцию дополнительного экрана. Он обеспечивает надежную защиту данных, передаваемых по кабелю, одновременно поглощая помехи или шумы в виде внешних электромагнитных сигналов. Наличие такого экрана не позволяет помехам искажать передаваемые данные.
Кодировка данных осуществляется с помощью электрических сигналов, передаваемых по жиле. Она может быть сплошной и состоять из одного медного провода или из нескольких проводков. Жилу окружает слой изоляции, отделяющей ее от металлической оплетки. Сама оплетка выполняет функцию заземления, устраняя электрические шумы и перекрестные помехи. Эти помехи являются электрическими наводками, появляющимися под влиянием проводов, расположенных рядом.
Не допускается соприкосновение металлической оплетки и проводящей жилы, поскольку это может привести к короткому замыканию. Помехи проникнут в жилу и разрушат передаваемые данные. Дополнительная защита от помех обеспечивается за счет наружной непроводящей оболочки, которая может быть резиновой, пластиковой или тефлоновой.
Где используется
До недавних пор коаксиальный кабель широко применялся в различных областях. Его технические характеристики обеспечивали надежную защиту от помех, высокую допустимую скорость передачи данных на значительные расстояния. Некоторые качества кабеля значительно выше, чем у витой пары. Поэтому вопроса, для чего нужен такой кабель, ни у кого не возникало. Однако со временем витая пара стала применяться все чаще, поскольку ее монтаж значительно проще и быстрее, по сравнению с коаксиальным кабелем, стоимость которого также более высокая.
Тем не менее, данные кабели широко применяются для соединения локальных компьютерных сетей, особенно там, где используются конфигурация в виде шины. В этих случаях концы каждой линии оборудуются специальными терминаторами, не допускающими внутренних отражений сигналов. Один из таких терминаторов подлежит обязательному заземлению, в противном случае металлическая оплетка не сможет защитить сеть от воздействия внешних помех и снизить излучение во внешнюю среду при передаче информации. Дополнительно обеспечивается и требуемая скорость коаксиального кабеля.
Кроме шин, данная продукция может использоваться в сетевых конфигурациях «звезда» и «пассивная звезда». Такие подключения выполнять значительно проще, поскольку внешние терминаторы на концы не устанавливаются.
Кабели этого типа успешно используются для передачи сигналов высокой частоты в различных электронных и электротехнических системах.
- Это различные виды связи
- Компьютерные и вещательные сети
- Антенно-фидерные устройства
- Системы контроля и видеонаблюдения
- Автоматики и сигнализации
- Системы измерения, дистанционного управления и контроля
- Коаксиальные кабели применяются в военной технике и многих других областях специального назначения.
Виды коаксиальных кабелей
Все коаксиальные кабели, в соответствии с техническими характеристиками, имеют две основные разновидности.
К первому варианту относится тонкий коаксиальный кабель, диаметром не более 5 мм, отличающийся повышенной гибкостью. С его помощью осуществляется передача на небольшие расстояния, поскольку затухание сигнала в нем происходит значительно быстрее, по сравнению с более толстой конструкцией. Тонкие кабели считаются наиболее оптимальным вариантом для прокладки локальных сетей и подключения к отдельным компьютерам. Использование специальных разъемов существенно упрощает монтаж, а сама конструкция не требует дополнительного оборудования.
Второй основной разновидностью является классический толстый коаксиальный кабель, диаметр которого составляет примерно 10 мм. Он отличается повышенной жесткостью, для монтажа требуются специальные дорогостоящие приспособления. Стоимость толстого кабеля в среднем в два раза дороже тонкого, поэтому он используется значительно реже, в тех случаях, когда без него совершенно не обойтись. Задержка распространения сигнала в толстом кабеле составляет примерно 4,5 нс/м, а в тонком – 5 нс/м.
Некоторые типы коаксиальных кабелей выпускаются с двумя экранами, один из которых помещается внутри другого. Для их разделения используется дополнительный изоляционный слой. За счет этого они гораздо лучше защищены от помех и от прослушивания, в связи с чем пользуются повышенным спросом, несмотря на более высокую стоимость.
Существует еще один вид данных изделий – кабель силовой коаксиальный, применяющийся в электротехнике. С его помощью осуществляется передача и распределение электроэнергии в силовых и осветительных сетях. Конструкция состоит из внутреннего одножильного провода и наружного многожильного проводника. Между ними проложена изоляция, а весь кабель целиком защищен внешней пластмассовой диэлектрической оболочкой, дополненной стальными жилами в форме токопроводящей бронирующей арматуры.
Существенным недостатком этой конструкции считается большой вес одного погонного метра кабеля, что делает невозможным его использование в воздушных линиях. Возникает реальная опасность провисания и обрыва.
Характеристики коаксиального кабеля
Независимо от разновидности, все кабели этого типа, обладают общими техническими характеристиками. Одной из основных считается волновое сопротивление коаксиального кабеля, определяющее качество проводника и передаваемого конечного сигнала. На данный параметр полностью влияет материал проводника и его свойства – диэлектрическая проницаемость, емкость, индуктивность и удельное сопротивление. От материала проводника зависит и погонное ослабление на различных частотах. Уровень сигнала понижается в зависимости от увеличения или уменьшения расстояния передачи.
Существуют такие понятия, как погонная емкость и индуктивность. В первом случае кабель характеризуется способностью к накоплению заряда, а во втором – способностью к созданию магнитного поля. Другие характеристики – диаметр центральной жилы, внутренний диаметр экрана, внешний диаметр оболочки и другие – используются в расчетах перед монтажом, для того чтобы правильно определить место установки, гарантирующее корректную работу всего кабеля.
Маркировка коаксиального кабеля
Каждый кабель имеет собственную маркировку, содержащую краткие характеристики того или иного изделия. Это значительно облегчает выбор наиболее подходящего варианта.
Например, марка КМБ-4 соответствует магистральному коаксиальному кабелю в свинцовой оболочке с броней типа Б. В нем содержится 4 коаксиальные пары и 5 четверок медных жил в бумажной изоляции, расположенных симметрично. В зависимости от маркировки, изменяется и предназначение того или иного кабеля.
Основными разновидностями считаются: кабель КМГ – коаксиальный магистральный голый, прокладываемый в канализации, КМК – с броней из круглой проволоки для прокладки под водой, КМАБп – с алюминиевой оболочкой, устойчивый к грозовым явлениям. Все данные о всех известных типах кабелей сведены в специальные таблицы, помещенные в справочники, откуда и можно получить всю необходимую информацию.
Онлайн калькулятор: расчёт затухания в коаксиальном кабеле
Источник
Расчет изоляции коаксиального кабеля
НА ГЛАВНУЮ — — адрес этой страницы — http://ra6foo.qrz.ru/transfor.html — версия 28 03 2013 г — НА ГЛАВНУЮ
ТРАНСФОРМАТОРЫ
1/4 волновые трансформаторы из коаксиального кабеля
Программы для расчета
Калькулятор для расчета коаксиала с двухслойным диэлектриком
Таблица широкополосности 1/4, 3/4, 5/4 и т.д., трансформаторов
Расчет изменения диаметра сплошной ПЭ И ФП изоляции для изменения волнового сопротивления отрезка кабеля
Потери в трансформаторах
1/4 ВОЛНОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ ИЗ КОАКСИАЛЬНОГО КАБЕЛЯ
Необходимы для согласованной передачи энергии между двухполюсниками (антенна; источник; нагрузка; вход линии передачи) с разными активными сопротивлениями R при минимуме или отсутствии реактивной составляющей Jx и применяются в основном на УКВ, где это условие выполняется. Отношение большего R к меньшему R есть коэффициент трансформации К. Чем больше К, тем уже полоса рабочих частот трансформатора и строже допуск на длину и К укорочения кабеля (см ниже: Рабочая полоса частот).
Известно, что 1/4 длины волны λ в свободном пространстве равна 75/f МГц. В коаксиальном кабеле длина волны короче, она зависит в основном от свойств внутренней изоляции и нормирована коэфициентом укорочения К укор. кабеля. Физическая длина 1/4 волнового тр-ра всегда меньше 1|4 λ.
Волновое сопротивление кабеля для трансформатора должно быть среднегеометрической величиной между трансформируемыми сопротивленями, т.е. равно корню квадратному из их произведения. ( Можно представить как качели из доски с опорой в центре. Чем ниже одно плечо, тем выше другое, а высота опоры — волновое сопротивление кабеля — трансформатора. )
Чтобы рассчитать волновое сопротивление трансформатора, надо перемножить исходное и требуемое на выходе сопротивления и из результата извлечь кв. корень. Например 50 Ом надо трансформировать в 75 Ом. V¯50 х 75 = V¯3750 = 61,24 Ома.
При отличии волнового сопротивления тр-ра от требуемого ошибка трансформации растет квадратично, поэтому для получения приемлемого КСВ ρ тр-ра должно отличаться не более 3. 5% от требуемого. Имеющийся набор кабелей стандартного ряда: 50 Ом, 75 Ом, 100 Ом не вегда отвечает этим требованиям, но из этих кабелей, соединенных впараллель можно получить:
50+50 = 25 Ом 50+75 = 30,6 Ом 75+75 = 37,5 Ом 50+100 = 35,35 Ом 75+100 = 43,3 Ом.
Но соединенные впараллель кабели констуктивно неудобны и вносят неоднородность в тракт, влияние которой растет с частотой.
Некоторые кабели RG 58 A/U со сплошной ПЭ изоляцией имеют диаметр центр. жилы 0,6 мм, а не требуемые 0,9 мм
(видимо производитель экономит на меди) и имеют вместо 50 около 63 Ом. Они подходят для трансформатора 50 ↔ 75 Ом
Встречались также кабели: RG8х 43 Ома вместо 50 Ом по маркировке, RG59 93 Ома вместо 75 Ом, 5C2V 87 Ом вместо 75 Ом
РАСЧЕТ ДЛИНЫ ТРАНСФОРМАТОРА
ИЗМЕНЕНИЕ ВОЛНОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ КОАКСИАЛЬНОГО КАБЕЛЯ
ПОВЫСИТЬ
можно двумя способами. Заменой центр. жилы на более тонкую, но извлечь её у большинства кабелей невозможно.
Увеличением диаметра изоляции, для чего необходим или такой же, или другой, не менее качественный диэлектрик.
В обоих случаях требуется расчет волнового сопротивления коаксиала с двухслойным диэлектриком (см. ниже)
ПОНИЗИТЬ
можно только уменьшением диаметра изоляции, а это возможно только у фторопластовых кабелей,
у которых изоляция в виде обмотки центральной жилы лентами и есть возможность поштучно снимать их.
Рекомендации о количестве слоев, подлежащих снятию, сделаны на основе кабелей 1970. 1990 г выпуска.
Для кабелей более поздних годов они могут оказаться неточными и должны быть проверены измерением.
Понизить ρ кабеля до 50% от исходного можно у кабелей с фторопластовой изоляцией, сняв внешнюю изоляцию и оплетку и смотав одну или несколько фторопластовых лент. Затем надеть оплетку и обмотать ее скоч- лентой. Медную и посеребренную оплетку она на длительный срок отлично защищает от окисла, а скоч ленту надо защитить от повреждений и солнца термоусадочной трубкой, в крайнем случае ПВХ изолентой. При этом надо учитывать, что чем больше изменение волнового, тем больше его возможная погрешностьиз за растущего влияния воздушных зазоров между диэлектриком и проводниками. При уменьшении на 10. 15% она мала и ей можно пренебречь
Изменение ρ кабелей с фторопластовой изоляцией поддается прогнозированию расчетом. С учетом воздушных зазоров формула: ρ=100 lg 1.07D/d дает погрешность расчета не более +-3%. Здесь D- диаметр изоляции, d- диаметр центральной жилы. Коэффициент укорочения не меняется. Приведу примеры из практики: (01 09 2016 Примеры ниже были сделаны на кабелях производства 70 годов. В кабелях производства 90х г. и позже толщина фторопластовых лент может быть другой. Поэтому вначале надо рассчитать диаметр изоляции, при котором кабель будет иметь нужное вам волновое сопротивление и сматывать ленты до этого диаметра.)
Но вначале сделайте расчет волнового сопротивления по исходным диаметрам, например для трансформатора из РК 50-7-22 сделайте расчет по его диаметрам 7.25/2.49 и Er фторопласта 2,1 и сравниите полученный результат с его паспортным волновым.
О причине расхождения (в данном случае 45 и 50 Ом) сказано выше и её надо учитывать при расчете калькуляторами.
Не забывайте также, что вполне ГОСТовский непеределанный кабель имеет право на погрешность трансформации, дающую в результате КСВ до 1,08. Поэтому если вы на 100% уверены в себе, своих приборах и методике измерений, но получили КСВ 1.1, который вас не устраивает, вам придется всё делать точнее, чем дается на допуски того, из чего делаете, и того, чем вы измеряете.
Или поступить как обычно: «во всём КСВ виновата антенна» и настроить её под КСВ 1.0.
34. 36 Ом— из кабеля РК50-2-21, РК50-2-22, сняв 2 слоя ленты.
43 Ом— из кабеля РК50-7-22 сняв 2 слоя фторопластовой ленты и намотав 2 слоя лавсановой (скоч) ленты.
43. 45 Ом— из кабеля РК50-2-21, РК50-2-22, сняв 1 слой ленты
61.2 Ом— из кабеля РК 75-4-21 сняв 3 слоя ленты, РК 75-3-21 сняв 2 слоя ленты, РК75-7-22 cняв слои до диаметра 5.4 мм.
70.7 Ом— из кабеля РК 75-4-21 сняв 1 слой ленты.
71,3 — 66,8 — 61,6 — 56,2 — 50,0 Ом дает послойное снятие лент с внутренней изоляции РК75-4-21
46 — 43 — 40 — 36.8 — 33.5 — 30 — 26.2 Ом дает послойное снятие лент с внутренней изоляции РК50-7-22.
до 53 Ом повысится сопротивление кабеля РК50-7-22: если одну, самую тонкую ленту, которая была поверх оплетки, намотать как еще один слой внутренней изоляции.
86,6 Омный трансформатор можно сделать из кабеля типа РК 75-4-11, сняв оболочку и экран- чулок и усадив на внутреннюю изоляцию термоусадочные трубки (не черные). В зависимости от исходного диаметра трубки и толщины слоя после усадки потребуется усадить два или три слоя, нарастив диаметр внутренней изоляции с 4,6 мм до 6,1 мм. Затем насадить оплетку от такого же кабеля, сняв с более длинного отрезка, но лучше — с кабеля РК 75-7-11, а поверх ее усадить термоусадочную трубку или обмотать в 3 слоя скочем шириной 15. 18 мм и защитить ее от солнца термоусадочной трубкой или ПВХ изолентой . Коэфф. укорочения не меняется.
Повысить ρ кабеля до 1.6 от исходного можно у кабелей с изоляцией из вспененного полиэтилена заменой центральной жилы на более тонкую. В этом случае ρ и К укор. проще определить измерениями.
86,6 Омный трансформатор также можно сделать из кабеля РК75-4-11, заменив жилу 0,72 на 0,54 мм.
86,6 Омный трансформатор также можно изготовить из кабеля SAT 700, заменив центральную жилу на 0.9 мм.
86,6 Ом вместо заявленных на оболочке 75 Ом имеет кабель 5C2V.
86,6 Ом вместо 75 Ом дает замена центр. жилы диам. 0,6 на диам. 0,48 в кабеле РК 75-3-32 (с вспененным ПЭ). Жилу диаметром 0,48 можно получить растягиванием голой проволоки диаметром 0,5 мм.
93 Ома может иметь кабель RG 59 с маркировкой «75 Ом»
Точность волнового сопротивления изготовленных трансформаторов зависит от точности исходных кабелей. Дополнительная погрешность у трансформаторов с изменением диаметра изоляции около 2%, у трансформаторов с заменой центральной жилы — несколько большая дополнительная погрешность, до 4%
100 Омный трансформатор можно сделать из кабеля РК75-4-11, медленно вытянув центральную жилу 0,72 мм (удается до длин 1 м) и вставить вместо нее жилу 0,45 мм.
106 Омный трансформатор можно получить, взяв 100 Омный кабель, в котором возможна в 1/4 λ куске замена центральной жилы на более тонкую. Точное отношение диаметоров зависит от типа кабеля. Ошибка будет в пределах допустимой, если протянуть центральную жилу диаметром 0,9 от той, что была в кабеле.
На летательных аппаратах применяются посеребренные экранированные провода. Они состоят из посеребренного экран-чулка внешним диаметром 3,6 или 3,0 мм, под ним изоляция диаметром 3,0 или 2,1 мм в виде обмотки из стекловолоконных нитей , пропитанной кремнийорганическим лаком, под которой обмотанная фторопластовыми лентами центральная жила из многожильного посеребренного провода диам. 1,6 или 0,9 мм соответственно. Затухание его примерно в 1.5 раза больше, чем имели бы фторопластовые кабели того же диаметра и волнового сопротивления. По расчетами и измерениям их данные:
29. 30 Ом и К укор. 0,7 имеет тот, у которого внешний диаметр экрана 3,6 мм
41. 42 Ома и К укор. 0,67 имеет тот, у которого внешний диаметр экрана 3,0 мм.
ПРОГРАММЫ ДЛЯ РАСЧЕТА
| Трансформаторы — лишь малая часть того, что вы можете расчитать с помощью этих трех программ. TLDetails.zip на сайте AC6LA на странице Transmission Line Details RFSimm 99.zip на сайте DL2KQ на странице RFSimm99rus Transmission Line Calculator.zip на сайте VK3UM Impedance Calculator КАЛЬКУЛЯТОР ДЛЯ РАСЧЕТА КОАКСИАЛА С ДВУХСЛОЙНЫМ ДИЭЛЕКТРИКОМ(на рисунке — радиусы, в калькуляторе — диаметры. Er — диэлектрическая проницаемость материала слоя)
ТАБЛИЦА ШИРОКОПОЛОСНОСТИ ТРАНСФОРМАТОРОВ
РАСЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ДИАМЕТРА СПЛОШНОЙ ПОЛИЭТИЛЕНОВОЙ И ФТОРОПЛАСТОВОЙ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
