Расчет параметров линий связи



АКАДЕМИЯ ФАПСИ

Кафедра № 12


 

Домашнее контрольное  задание

по дисциплине "Линий  связи"

 

 

                     Тема:  “Расчет параметров линий связи”

 

 

 

                                 Исполнил: курсант 284 группы Ходоревский Д.Н.

                    

                                 Проверил: подполковник Подрябинкин  Л.И.  

 

 

 

 

 

 

Орел 2011 г.

 

 

                                               Оглавление

1

Оглавление ………………………………………………………………

2 стр

2

Определение пригодности  указанного маркоразмера кабеля ………..

3 стр

3

Чертеж поперечного  сечения избранного маркоразмера кабеля  …..

3 стр

4

Расчет параметров передачи и влияния кабельной линии  …………..

4 стр

5

Графики зависимости рассчитанных значений от частоты и длинны

линии  ……………………………………………………………………

14стр

6

Вывод……………………………………………………………………..

17стр

7

Список используемой литературы……………………………………

18стр


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Определение пригодности  указанного маркоразмера кабеля  для прокладки в указанных  условиях.

 

Из справочных пособий узнаем, что ТППБГ-20x2x0,4-это телефонный кабель с полиэтиленовой изоляцией, в полиэтиленовой оболочке, с алюминиевым экраном, бронированный . Кабель содержит пятьсот пар  с жилой  диаметром 0,4 мм. Предназначается для прокладки в телефонной канализации, коллекторах, тоннелях и внутри помещений при отсутствии механических воздействий на кабель, по мостам и в грунтах, в условиях повышенной влажности,  если кабель не подвергается большим растягивающим усилиям.

Кабель  типа ТППБГ обладает следующими допустимыми температурными характеристиками,  0C:

-транспортировка            -40….+50;

-хранение                          -50…+40;

-прокладка  и монтаж       -15…+40;

-эксплуатация                   -50…+50;

 Минимальный  допустимый радиус изгиба 10Dнар, минимальный срок службы 25 лет .

Таким образом, предлагаемая марка кабеля полностью  удовлетворяет указанным в исходных данных условиям.

Токопроводящая  жила:

Медная, диаметр 0,4 мм, ρ=0,0175 Ом/мм2,δ=57Cм·мм2

Изоляция жилы выполнена из  полиэтилена толщиной 0,35 мм .

Вид скрутки жил в группы: парная. Сердечник состоит из элементарного пучка .  

Поясная изоляция выполнена из двух полиэтиленовых лент. Толщина поясной изоляции 0,15 мм.

Экран из алюминиевых лент толщиной 3,3 мм  , ρ=28,3 Ом·мм2/м, s=35,2 мкСм/м.

Строительная длина: 500м

Наружный диаметр  кабеля ТППБГ-20x2x0,4  составляет  28,4 мм.

Диапазон рабочих  частот:

Ввиду того, что по кабелю ТППБГ-20x2x0,4   работает аппаратура аналоговых систем передачи К-1020С со спектром частот 0,3….252 кГц, для расчета выбираем частоты 0.3;10;60;150;250 кГц. C учетом того , что по этому кабелю одновременно может работать цифровая система передачи ИКМ-120, к выбранным частотам добавляем тактовую частоту этой системы 8,448МГц.

Таким образом , расчет будет выполняться на семи частотах: 0,3;10;60;150;250;8448МГц.

     

2.Чертеж  поперечного сечения избранных  марко размеров кабеля

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1.  Кабель  симметричный ТППБГ-20x2x0,4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.2. Поперечное сечение  кабеля ТППБГ-20x2x0,4

 

3.Расчет  параметров передачи  и влияния  кабельной линий

 

 3.1 Расчет геометрических размеров конструктивных элементов кабеля

 

Диаметр изолированной жилы определяется из выражения

d1-диаметр изолированной жилы ,мм

d1=1,2мм

Диаметр  группы определяется из таблицы 1(приложение 1):

dз=2,42 d1=2,9мм

Расстояние между центрами жил определяется по формуле

a= · d1  =1,41·1,2=1,69мм

Диаметр кабельного сердечника для  кабеля ТППБ

Dкс=dз=2,9мм

Диаметр экрана кабеля

dэ=Dкс+2tпи

 tпи=радиальная толщина поясной изоляции ,мм

tпи=n·Δи  tпи=   2· 0,2=0,4мм

n-толщина ленты поясной изоляции, мм

Δи- число ленты поясной изоляции

dэ=2,9+0,4=3,3мм

Dк = Dкс+2 tпи+ dэ+dпол.об.+dпод.+dброни+dпряжи

Dк=6+2(0,4+3,3+3,5+1,5+0,5+2)=28,4мм

3.2 Определение  функций, учитывающих действия  поверхностного эффекта близости.

На основании таблицы 1.5 определим  значение произведения kr для медной и алюминевой оболочки на частотах 0,3;10;60;150;250;8448кГц.

Kr= , так для частоты 10 кГц

Kr = =0,67

F,кГц

0,3

10

60

150

250

8448

Krжилы

0,116

0,672

1,62

2,6

3,36

19,53


 

По таблице 1.2 находим значения F(kr),G(kr),H(kr),K(kr).

Krжилы

0,116

0,672

1,62

2,6

3,36

19,53

F

0

0,001

0,0258

0,1756

0,492

1,501

G

0

0,004

0,0691

0,295

0,499

0,771

H

0,0417

0,045

0,092

0,263

0,416

0,702

Q

1

0,999

0,987

0,913

0,766

0,145


 

Для определения Rц необходимо знать значение коэффициента укрутки c.

Он определяется из таблицы 1.3 исходя из диаметра повива . c=1,01. Коэффициент p для парной  скрутки равен 1 . Толщину алюминиевого экрана мы нашли в 1 пункте и она равна 3,3 мм .Следовательно , величина ktоболочки исходя из таблицы составит:

      Для частоты 10 кГц kr= =1,5

F,кГц

0,3

10

60

150

250

8448

ktоболочки

0,113

0,656

1,607

2,54

3,28

19,067


По таблице 1.2 находим значение Q(kt)

 

F,кГц

0,3

10

60

150

250

8448

Q

1

0,999

0,987

0,913

0.766

0,148


 

3.3 Расчет первичных параметров  передачи

 

Сопротивление цепи постоянному току определяется из выражения 

 

Rж- сопротивление токопроводящей монометаллической жилы

r-удельное сопротивление материала жил при 200С, Ом×мм2/м

d-диаметр токопроводящей жилы ,мм

 Ом

Активное  сопротивление цепи находится 

   (1)

Таким образом  из выражения (1) полное сопротивление  цепи

F,кГц

0,3

10

60

150

250

8448

Rц 20,Ом/км

54,66

63,94

238,28

514,9

1838,5

8208,7


 

Приведение  значения сопротивления цепи к заданной температуре осуществляется по выражениям

,

R20-сопротивление при температуре 200С Ом/км

a20-температурный коэффициент сопротивления , равный относительному приращению сопротивления при изменение температуры на один градус, 1/0C

Значения  температурного коэффициента сопротивления  КR для медных жил кабеля  ТППБ-500x2 определяется  по таблице 1.9

Индуктивность цепи находится из выражения

Cреднее значение коэффициента температурного сопротивление постоянному току ar0  медной жилы для расчета может быть принята равным 0,004

R20=Rt×KR

=54,66×1,059(1+0,004(-2-20)=53,19 

F,кГц

0,3

10

60

150

250

8448

Rц (-2),Ом/км

53,19

60,7

235,65

503,4

1826,5

8120,1


 

 

 

Для частоты 0,3 кГц величина сопротивления  Rэ находится из выражения:

  где 

tэ – толщина экрана;

sэ – удельная проводимость материала экрана;

kэ – коэффициент вихревых токов определяется таблицей 1.5

 Так  как у кабеля ТППБ-500x2x0,64 экран сделан из алюминия,то  k= =0.021×17.32=0.36.

Для частот 10, 60, 150 и 250 кГц значения Rэ определяются по формуле:

Значение Zма приведены в таблице 1.7

Для нашего кабеля Zма = = 4,53×10-5 ;6,42×10-5 ;0,00037    

Для частоты  8448кГц значения Rэ определяются по формуле:

Ом/км

Полученные значения сопротивления экрана сводим к таблице:

F,кГц

0,3

10

60

150

250

8448

Rэ,Ом

2,8

115,95

147,03

159,72

167,6

273,2


 

Индуктивность цепи находится из выражения 

  (3)

Длячастоты300Гц

Аналогично рассчитываются значения Lцэ для остальных частот.

F,кГц

0,3

10

60

150

250

8448

L*10-5 Гн/км

53,14

52,69

51,72

51,061

50,649

47,68


 

 Для  определения емкости цепи сначала  необходимо из соотношения (5) определить коэффициент Yз , характеризующий близость цепи к заземленной оболочке кабеля:

  (5),  

    

 

Проводимость  изоляции определяется  выражением (6) с учетом данных таблицы 1.11

(6)

 

F,кГц

0,3

10

60

150

250

8448

G,мкСм/км

0,002

0,418

3,238

12,659

33,746

18757,1


 

Приведение  значений проводимости изоляции к заданной  температуре выполнятся по формуле   

 

F,кГц

0,3

10

60

150

250

8448

G,мкСм×0С/км

0,0018

0,373

3,18

11,68

32,32

18006,8


 

3.4 Расчет вторичных   параметров передачи

 

Поскольку в исходных данных указано несколько  значений частот , то для каждой из них  определяем соотношения R/wL ,

wL/R, wC/G:

F,кГц

0,3

10

60

150

250

8448

R/wL

3,94

0,15

0,09

0,097

0,16

1

wL/R

0,279

8,5

13,24

10,77

8,4

1

wC/G

22608

4210

2260

1507,2

1046

64,5


 

Из вычислений таблицы видно, что  для частот 0,3 кГц коэффициент  затухания рассчитывается . В области  низких частот при соотношение параметров R/wL>5 используем выражение

 

В тональном диапазоне частот при  соотношение  параметров 

R/wL>50 можно использовать формулу

 

В области высоких частот , когда  R/wL>5 и R/wС>5 можно пользоваться упрощенным выражением

aм-составляющая затухания за счет потерь энергий в металле

aД- составляющая затухания за счет потерь энергий в диэлектрики

Анализ таблицы 1.13 показывает, что  для  марки кабеля ТППЗ-10x2x0,64 существует аппроксимирующий полином, позволяющий выполнять расчет величины затухания кабеля в области частот ЦСП.. В соответствий с этим полиномом :  

  дБ

Приведение значений коэффициента затухания к заданной температуре осуществляется в соответствий  с выражением (5). Значения температурного коэффициента затухания aа для кабеля типа ТППЗ-10x2x0,64 берутся из таблицы 32[10] . Поскольку в этой таблице приведены значения не  всех  aа, то по имеющемся частотам строим график зависимости aа(f). Полученные результаты сводим в таблицу

F,кГц

0,3

10

60

150

250

8448

a20,дБ/км

0,64

2,72

3,25

3,77

6,604

15,57

aa,×10-31/град

4,52

3,83

2,41

2,07

1,91

    -

a(-2),дБ/км

0,65

2,75

3,38

3,98

6,74

15,72


 

Коэффициент фазы определяется

В диапазоне низких частот (f <800 Гц) при соотношение параметров R/wL>5

 

В диапазоне низких частот (f =800 Гц) при соотношение параметров R/wL>50

 

В области  высоких  частот (f >40 кГц) когда wL/R>5 и wC/G>5 

 

  

 

 

F,кГц

0,3

10

60

150

250

8448

b,рад

0,065

0,483

1,77

4,93

8,11

237


Волновое сопротивление 

В диапазоне низких частот (f<800 Гц) при соотношение параметров R/wL>5 волновое сопротивление равно

В тональном диапазоне частот (f=800 Гц) при соотношение параметров R/wL>50 величину волнового сопротивления можно рассчитать

В области  высоких частот (f>40) волновое сопротивление

F,кГц

0,3

10

60

150

250

8448

½Z½,Ом

1149

208

121,2

110,6

109,4

98,2

j,0

21,4

5,7  

   -

      -

    -

    -


Cкорость распространения для разных частот определяется по следующим формулам

F,кГц

0,3

10

60

150

250

8448

V∙10 3 км/с

64,7

68,9

70,8

86,1

96,3

232,6


 

Время распространение  для заданных частот составит:

T=1/V , мс

 

F,кГц

0,3

10

60

150

250

8448

T,мкс/км

14,1

15,4

14,5

11,6

10,4

4,29

Т1, мкс

145,23

158,6

149,35

119,48

107,12

44,187


 

3.5 Оценка качества  передачи и дальность связи.

 

Определяем затухание и время  распространение сигнала применительно  ко всей длине кабеля. Результат  вычислений заносим в таблицу .

Затухание, дБ

Качество слышимости

P0/P1

0,968

7,68

11,42

 

ОТЛИЧНОЕ

1,2

7,4

11

18,72

ХОРОШЕЕ

54

25,65

27,63

31,35

 

УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНОЕ

403

735

1069

37,74

НЕДОСТАТОЧНОЕ

2895

43,43

НЕУДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНОЕ

21246


 

  Сравнительный анализ полученных  данных с данными таблицы показывает, что на частотах свыше 550 кГц качество слышимости с точки зрения вносимого затухания будет неудовлетворительным.  С точки зрения времени распространения оно ни на одной частоте не удовлетворяет существующим требованиям. Необходимо через несколько километров устанавливать усилительные пункты , на которых будет производиться регенерация  сигнала:  восстановление его амплитуды и формы (выравнивание фазовой характеристики).    

С учетом затухания, перекрываемого одним  усилительным участком (36дБ), длинна такого участка для аппаратуры АСП (исходя из затухания на частоте 550 кГц) будет приблизительно равна 36/8,29=4,6 км. Для ЦСП эта длина еще уменьшится и составит 30/15,72=1,908 км

T=1/V , мс

 

 

 

F,кГц

0,3

10

60

150

250

8448

A,дБ

1,48

2,28

3,27

10,2

16,5

162


 

 

 

 

 

3.6 Расчет параметров  взаимного влияния.

 

Для расчета параметров взаимного  влияния определим  значения критических  частот по формулам

           

f1=232,2/4×9,3=4.47кГц

f2=2×4,47=8,92 кГц

f3=3×4,47=13,41 кГц

f4=4×4,47=17,88 кГц

f5=5×4,47=22,35 кГц

f6=6×4,47=26,82 кГц

f7=7×4,47=31,29 кГц

Из справочных данных находим значение К1=600 пФ/сд.  По формуле К=К1/4

К=600×10-9/4=125пФ

Определяем значения m,g,r на критических частотах f1…f7:

g=0,15w×k   r=0,4w×m  m=

m=3×10-9×1902=1,3×10-3

g=0,15×6,28×4470×5×10-9=19×10-6

r=04×6,28×447×1,5×10-3=16,84

F,кГц

4,47

8,92

13,41

17,88

22,35

31,25

          

1,3

0,18

0,18

0,14

0,14

0,137

 

19

42

63,1

84,2

105,3

147,3

 

16,84

4

6

6,28

7,86

10,76


 

По формулам, используя рассчитанные значения g,r,k и определим значения электромагнитных связей на ближний и дальний концы кабеля для критических частот  f1…f7. Значения для критических частот определяются по графику, построенному по таблице рассчитанных значений

            

F,кГц

4,47

8,9

13,41

17,88

22,35

31,25

      

0,135

0,163

0,193

0,227

0,279

0,41

   

17,6

22,5

25,2

27,1

30,8

36


 

Из выражений 

определяем значения , , . Значения коэффициента затухания определяем по графику ,построенному по данным , сведениям в таблице пункте 2.4 .

Поскольку значения   , , не приводятся к значениям температуры, то следует использовать график зависимости

F,кГц

4,47

8,9

13,41

17,88

22,35

31,25

,дБ

25,21

23,41

20,49

18,41

16,7

13,97

,дБ

40,4

38,9

38,3

37,4

36,4

34,8

,дБ

41,8

42,3

42,6

47,5

52,9

58,3


Для расчета параметров влияния  на усилительном участке необходимо определить электрическую длину линии   .

F,кГц

4,47

8,9

13,41

17,88

22,35

31,25

,дБ

55,6

58,3

59,6

62,1

63,6

68,3


Исходя из того ,что на любой  частоте  >13дБ , для расчета необходимо воспользоваться упрощенным выражением = + ,

Для расчета остальных вторичных  параметров влияния воспользуемся  выражениями

n=l/s=57,1/0,5=115

  = -     = -

F,кГц

4,47

8,9

13,41

17,88

22,35

31,25

,дБ

38,4

36

33,4

31,4

30

28

,дБ

38,7

36,4

36,1

35,2

34,3

32,5

,дБ

46,3

47,5

48,6

49

55,3

62,4


 

    1.  Оценка качества передачи импульсных сигналов по цепям симметричных  кабелей связи.

 

В соответствий с выражением (10)

оценка качества импульсных сигналов на выходе линии связи производится по двум параметрам: амплитуда и длительности. Используя заданные значения амплитуды U0=2,6B  и длительности t импульса,  поданного на вход линии (118,4 нс ), по первому члену формулы определяем передний фронт импульса на выходе линии, а по второму –задний. Для частоты 8448 кГц и коэффициента затухания a=15,72 дБ рассчитанная зависимость амплитуды выходного импульса Ux от длинны линии l  составляет 7,5×10-9 ,  что значительно ниже уровня помехи на выходе линии.  Следовательно необходимо определить такой отрезок линии , при котором восстановление импульсного сигнала будет еще возможным.  Исходя из заданного значения максимального затухания регенерационного участка на тактовой частоте ацсп=36 дБ определяем амплитуду импульсного сигнала, пригодного для восстановления:

aцсп=20lg(U0/Ux)  откуда Ux=3/1036/20=47,55 мВ.

Исходя из этого значения Ux на приеме, определяется по таблице допустимую длину регенерационного участка . Она находится в пределе от 2,3 до 2,4 км , поэтому просчитываем этот участок более детально. Результаты помещаем в правый столбец таблицы. Уточненный расчет показывает , что допустимая длина регенерационного участка lру=2,37 км.

t,нс

Ux,B

1

4,83×10-2

3

7,12×10-3

5

1,34×10-2

10

2,27×10-2

20

3,41×10-2

40

3,93×10-2

50

4,87×10-2

70

5,36×10-2

80

5,46×10-2

90

5,53×10-2

110

5,67×10-2

118,4

0,04709

119,4

4,66×10-2

123,4

3,42×10-2

128,4

2,37×10-2

138,4

1,44×10-2

148,4

1,12×10-2

158,4

0,82×10-2

168,4

0,62×10-2

178,4

0,48×10-2

188,4

0,35×10-2

208,4

0,22×10-2

218,4

0,05×10-2

236,4

0,00

 

  

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

График показывает , что длительность импульса на уровне половины амплитуды  составляет 119 нс , что является достаточным  для уверенного распознания импульса  регенератором

 

3.9     Оценка результатов расчета

 

                                                  Результаты расчета 

Параметры

                                            Частота , f,fкр кГц

0,3

10

60

150

250

8448

Kr

Rц,Ом

С Ц,нФ

L ц*10-5Гн/км

Gиз,мкСм

a,дБ

b,рад

V,км/с

0,116

54,66

52,1

53,14

0,002

0,65

0,065

64,7

0,672

63,94

52,1

52,69

0,418

2,75

0,483

68,9

1,62

238,28

52,1

51,72

3,238

3,38

0,77

70,8

2,6

514,9

52,1

51,061

12,659

3,98

3,93

86,1

3,36

1838,5

52,1

50,649

33,796

6,74

7,51

96,3

19,53

8208,7

52,1

47,68

18757,1

15,72

237

232,6

Fкр кГц

4,47

8,9

13,41

17,88

22,35

31,25

A0,дБ

Al, дБ

Аз, дБ

25,21

40,4

41,8

23,41

38,9

42,3

20,49

38,3

42,6

18,41

37,4

47,5

16,7

36,4

52,9

13,97

34,8

58,3


 

                       Сравнение расчетных значений  параметров кабеля с нормой

Параметры

Частота, кГц

Расчет

Норма

Rц,Ом/км

Пост.ток

54,66

55,5

С Ц,нФ/км

250

52,1

50±5

a,дБ/км

250

8,29

9,37

b,рад/км

250

14,15

15,41

ZВ,Ом

250

105,9

109,1

A0,дБ

250

59

67,75

Al, дБ

250

72±2,5

89,75

Аз, дБ

250

72±2,5

87,15


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Графики зависимости рассчитанных  параметров от частоты и длинны  линий 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Выводы:

Большая часть параметров соответствует  нормам . Однако передачу сигналов как  в аналоговом ,  так и в импульсных видах.  Следовательно, всю линию  необходимо разделить на элементарные кабельные участки . Длинна этих участков составляет для АСП  9,496 км и для ЦСП 1,908 км .

Для регенерации сигнала необходимо установить промежуточные усилительные пункты. Как показано на рисунке



 

  


Так как 

 

 

 

 

По заданию данный кабель нужно проложить в телефонной канализации (12км), переход по мосту над рекой (ширина 80 м), Эти выводы носят оценочный характер ,  поскольку расчет длин усилительных участков , как для АСП , так и для ЦСП , производят по специальным трансцендентным уравнениям .  Эти уравнения получены эмпирическим путем на основе математического аппарата , использованного нами в ходе расчета.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                              Список используемой литературы:

 

1.Гроднев  И. И . , Верник С.М. Линии связи-М :Радио и связь 1988.-544с

2.Ожигов В.А.  Подрябинкин Л.И. Кабели связи.  Справочное пособие по дисциплине  “Линии связи “–Орел: ВИПС. 1998.-149с.

3.Ожигов В.А.  Сборник задач по дисциплине  “Линии Связи”: –Орел .2000-99с.  

4. Ожигов В.А.  Подрябинкин Л.И.Руководство к лабораторным работампо дисциплине “Линии Связи” –Орел: ВИПС.1997-82с.


Расчет параметров линий связи 📙 Реферат → 🆔 234292

Расчет параметров линий связи 📙 Реферат → 🆔 234292

Расчет параметров линий связи