Проектирование волоконно-оптической линии передачи

расчёт необходимо провести не менее, чем на трёх фиксированных частотах рабочего диапазона, включая минимальную и максимальную.

При выборе средней расчётной  частоты следует иметь в виду, что наиболее резкому изменению  подвержены параметры в области  нижней части рабочего диапазона.

При расчёте параметров для  систем ИКМ за минимальную частоту  целесообразно принимать f=10 кГц, за максимальную - полутактовую частоту, соответствующую половинному значению скорости передачи, бит/с (табл. 3)

Таблица 3

Системы передачи по КЛС	Скорость передачи, кбит/с	Затухание ЭКУ, дБ	Расстояние между ОРП, км	Кабель
ИКМ-480х2	52000	45...65	200	малогабаритный коаксиальный

 

2. Расчёт параметров передачи коаксиальных кабелей

 

Активное сопротивление  коаксиальной цепи определяется по формуле:

                                             (4.1)

 где R_а, R_б - активное сопротивление соответственно внутреннего и внешнего проводников, Ом/км;

d, D - диаметры, соответственно, внутреннего и внутренней диаметр внешнего проводников;

- коэффициент вихревых  токов, 1/м;

σ = 57 См∙м/мм² – удельная проводимость меди;

Абсолютная магнитная  проницаемость:

μ_а = μ₀ μ = 4π∙10^-7∙1 = 1,256∙10^-6 Гн/м

А₁ и А₂  - постоянные коэффициенты внутреннего и внешнего проводников, зависящие от материала проводников. Для медных проводников А=0,0835, для алюминиевых А=0,108;

f - частота, Гц.

 

1. f = 10 кГц

 

2. f = 10000 кГц

 

3. f = f_max = В/2 =52000/2 = 26000 кГц

 

Индуктивность коаксиальной цепи состоит из суммы внешней  индуктивности между проводами L_вш и внутренней индуктивности проводников L_а + L_б:

                    (4.2)

где В₁ , В₂ - постоянные коэффициенты для внутреннего и внешнего проводников, зависящее от материала проводников. Для медных проводников В=133,3, для алюминиевых В=172.

 

1. f = 10 кГц

 

 

2. f = 10000 кГц

 

 

3. f = 26000 кГц        

Ёмкость коаксиальной цепи определяется как ёмкость цилиндрического конденсатора:

                                                                      (4.3)

где e_э - эквивалентное значение относительной диэлектрической проницаемости комбинированной изоляции (табл. 4)

 

Таблица 4.

Тип изоляции		10-4 при частотах, МГц
		1	5	10	60
Кордельно-полистирольная	1,19	0,7	0,8	1,0	1,2
Полиэтиленовая шайбовая	1,13	0,5	0,5	0,7	0,8
Пористо-полиэтиленовая	1,5	2	3	3	-
Трубчато-полиэтиленовая	1,22	1,2	1,3	1,5	-
Полиэтиленовая спиральная	1,1	0,4	0,4	0,5	0,6

 

Проводимость изоляции коаксиальной цепи определяется по формуле:

 

                               G=wCtgd_э   , См/км                                                     (4.4)

 

1. f = 10 кГц

 

2. f = 10000 кГц

 

3. f = 26000 кГц

 

Вторичные параметры передачи определяются по тем же формулам, что  и для симметричного кабеля.

Для коаксиальных кабелей  с медными внутренним и внешним  проводниками коэффициент затухания  можно определить через габаритные размеры и параметры изоляции:

  ,  дБ/км                        (4.5)

 

Пренебрегая внутренней индуктивностью проводников в области высоких  частот, можно пользоваться упрощёнными  формулами для вторичных параметров:

 

                       ,   рад/км                                                     (4.6)

 

 , Ом                                                             (4.7)

 

                       , км/с                                                              (4.8)

  где с - скорость света, С=3×10⁵ км/с.

1. f = 10 кГц

 

 

 

 

2. f = 10000 кГц

 

 

 

 

 

3. f = 26000 кГц

 

 

 

 

 

 

Волновое сопротивление:

 

Скорость распространения  электромагнитной волны:

 

Результаты расчета первичных  и вторичных параметров сведем в таблицу 4.

Таблица 4

Назначение кабеля, тип кабеля	Изоляция	f- кГц	Рассчитанные  параметры передачи коаксиального кабеля
			R, Ом/км	L, Гн/км	С, Ф/км	G, См/км	v, км/с	γ	ZВ
Междугородняя связь. МКТС-4	трубчатая полиэтиленовая	10	9	4,1∙10-4	49∙10-9	3,7∙10-7	271,6∙103	0,22+i0,23	74.97
		10000	276	2,8∙10-4	49∙10-9	4,6∙10-4	271,6∙103	7+i231,3	74.97
		26000	445	2,7 ∙10-4	49∙10-9	1,2∙10-3	271,6∙103	11,6+i601,5	74.97

 

R - активное сопротивление цепи, L - индуктивность коаксиальной кабельной цепи,        С - ёмкость коаксиальной кабельной цепи, G - проводимость изоляции коаксиальной кабельной цепи, v - скорость распространения электромагнитной волны, γ - коэффициент распространения цепи, Z_B — волновое сопротивление.

Рисунок 4. График зависимости первичных параметров от частоты.

Рисунок 4. График зависимости первичных параметров от частоты.

Выводы по полученным графикам: активное сопротивление среды увеличивается  с возрастанием частоты, изменяется параболоидально, тогда как индуктивность кабеля уменьшается с увеличением частоты по экспоненциальному закону. Такие параметры, как: ёмкость, волновое сопротивление и скорость распространения электромагнитной волны от частоты не зависят, поэтому их характеристика на графике представляет собой прямую горизонтальную линию. Проводимость среды изменяется линейно, возрастая с увеличением частоты, а коэффициенты фазы и затухания изображены в виде ветви параболы и прямо пропорциональны частоте.

3. Размещение регенерационных пунктов по трассе кабельной линии

Размещение регенерационных  пунктов производится исходя из допустимого  затухания на элементарном кабельном  участке (ЭКУ) или кабельной секции (КС). ЭКУ представляет собой участок  кабельной линии совместно со смонтированными по концам кабельными оконечными устройствами. КС представляет собой совокупность электрических  цепей, соединённых последовательно  на нескольких соседних ЭКУ для организации  регенерационного участка одной  или нескольких систем передачи с  одинаковым расстоянием между регенераторами, большим, чем на ЭКУ данной линии. При применении на кабельной линии  одних и тех же систем передачи на всех цепях длины ЭКУ и КС одинаковы.

Необслуживаемые регенерационные  пункты (НРП) располагаются в незатопляемых  водой местах с возможностью организации  к ним подъезда при минимально наносимом ущербе для лесных насаждений, плодородных земель и т.п. В КП эта задача решается ориентировочно, т.к. практически НРП могут быть расположены в любом месте. Расстояние между ними может быть определено из выражения:

               км                                                                      (4.9)      

где   а_ном – номинальное значение затухания регенерационного участка, дБ ;

0,9 – затухание оконечных устройств, дБ;

а_мак – коэффициент затухания кабельной цепи на наивысшей частоте при максимальной температуре грунта на глубине прокладки кабеля, дБ/км.

Определённые по расчётным  формулам параметры кабеля справедливы  для температуры t=20⁰C. При другой температуре коэффициент затухания может быть определён по формуле:

    дБ/км                                                                      (4.10)

где а – коэффициент затухания, определённый расчётом на полутактовой частоте, дБ/км;

а_а - температурный коэффициент затухания цепей кабеля на полутактовой частоте, определяемой по таблицам /2,3/. При расчётах ориентировочно может быть принят равным а_а=2∙10^-3 1/град;

t – максимальная температура грунта на глубине прокладки кабеля, ^оС.

 

 

Принимаем lку=5км (строительная длина кабеля = 1км).

Длина трассы Череповец-Тихвин – 276 км.

Расстояние между ОРП  в СП ИКМ 480х2 – 200 км.

ОРП установим в населённом пункте Бабаево, находящемся от Череповца  на расстоянии 124 км. Поэтому на трассе будет две секции (124 км и 152 км). Определим  количество элементарных кабельных  участков и количество НРП.

1-ая секция – 124 км

124/5=25 элементарных кабельных  участков – 24 НРП

2-ая секция – 152 км

152/5=31 элементарных кабельных  участков – 30 НРП

Итого на трассе Череповец  – Тихвин расположены 1 ОРП (Бабаево) и 54 НРП.

5. Расчёт параметров взаимных влияний между цепями

1. Общие положения

 

Электромагнитное влияние  между симметричными цепями обусловлено наличием поперечного электромагнитного поля, которое и наводит в рядом расположенной цепи токи помех. Коаксиальная цепь без щелей во внешнем проводнике не имеет внешних поперечных электромагнитных полей. Радиальная составляющая электрического Е_r и тангенциальная составляющая магнитного H_φ полей замыкается внутри цепи между внутренним и внешним проводниками, а радиальная составляющая магнитного H_r и тангенциальная составляющая электрического Е_φ полей отсутствуют вследствие осевой симметрии цепи. Влияние между коаксиальными цепями осуществляется за счёт продольной составляющей электрического поля Е_Z  , под действием которой в третьей цепи, образованной внешними проводниками взаимовлияющих цепей, возникает ток, вызывающий падение напряжения на внешней поверхности внешнего проводника цепи, подверженной влиянию. Продольное напряжение на внешней поверхности коаксиальной цепи приводит к появлению продольной ЭД на внутренней поверхности цепи, подверженной влиянию. Под действием этой ЭД и возникает ток помех. С ростом частоты передаваемого сигнала из-за эффекта близости плотность тока во внешнем проводнике коаксиальной цепи возрастает на внутренней поверхности внешнего проводника, а на внешней поверхности уменьшается. Это приводит к тому, что с увеличением частоты уменьшается напряжённость поля на внешней поверхности влияющей коаксиальной цепи, следовательно, уменьшаются и электромагнитные влияния между цепями. Между коаксиальными цепями с ростом частоты взаимные влияния уменьшаются.