Конструктивні неоднорідності в коаксіальних кабелях.

При виготовленні та при експлуатації коаксіальних кабелів виникають деформації циліндричної форми, змінюється відстань між провідниками. Це призводить до зміни параметрів кабелю і він стає неоднорідним по довжині. Розрізняють неоднорідності внутрішні, які визвані зміною внутрішньої конфігурації і діелектричних властивостей ізолятора, та стикові, які пов”язані з різними електричними характеристиками в місцях з”єднання різних кусків будівельних(геметричних) довжин. Стикові неоднорідності, як правило, перевищують внутрішні. В кабелях присутні неоднорідності за рахунок вставок, під”єднання апаратури, коли вони не узгоджуються по хвильовому опору, що призводить до відбиття електромагнітних хвиль і втрати передаваємої енергії. Неоднорідності лінії передачі можна виразити через коефіцієнт відбивання енергії р:

Р = Р від / Р пад або:

де Рвід і Рпад – відбита і падаюча потужності енергії, а Z” і Z - хвильові опори сусідніх неоднорідних участків кабелю; ∆ Zp - відхилення хвильового опору від однорідності. Хвильовий опір коаксіального кабелю: Z = U/ I, в Ом залежить від трьох параметрів ε, d, D. Продиференцюємо вираз для хвильового опору:

і оцінимо вклад в неоднорідність кожного з доданків. Найбільший вплив на відхилення хвильового опору від норми мають відхилення розмірів зовнішнього провідника – циліндра і неоднорідність діелектричної проникності діелектрика ε _r по довжині. Внутрішня токоведуча жила виконана у вигляді суцільної проволоки і може бути виготовлена з великою точністю. Реальний коаксіальний кабель можна розглядати як неоднорідну лінію, складену з окремих кусків. Електромагнітна хвиля, поширюючись по такому кабелю і зустрічаючи на своєму шляху неоднорідності, частково відбивається від них і повертається на початок лінії. При наявності декількох неоднорідних участків хвиля проходить серію часткових відбивань і, циркулюючи по лінії, втрачає енергію, що викликає додаткове затухання і спотворення електричних характеристик ланцюгів. Неоднорідності в кабелі приводять до появи в лінії двох додаткових потоків енергії: оберненого, який складає суперпозицію елементарних відбитих хвиль в місцях неоднорідностей, що рухаються до початку лінії.

 

 

Рис. 20. Зображення розповсюдження хвилі при наявності неоднорідностей в кабелі 1, 2, 3, 4.

Попутній потік виникає по закону подвійного відбивання, коли хвиля декілька раз відбившись від неоднорідностей, генерує компоненту, яка рухається в кінець лінії – початковому напрямку розповсюдження хвилі. Обернений потік призводить до коливань величини вхідного хвильового опору Z o. Це утруднює узгодження коаксіального кабелю з апаратурою на кінцях лінії і викликає спотворення сигналів в лінії передачі. Попутній потік спотворює форму передаваємого сигналу і також створює завади в передачі інформації. Особливо потерпає із-за цього якість телевізійних передач, для яких фазове співвідношення передаваємих і прийнятих сигналів є вирішальним фактором. Для нормальної передачі телевізійних сигналів величина попутного потоку повинна складати не більше 1% від основного. Для забезпечення нормальної якості звязку і телевізійних передач по коаксіальному кабелю необхідно, щоб відхилення хвильового опору Zp, спричинене відбиваннями від неоднорідностей, не перевищувало ∆ Zp = ± 0,45 Ом, що відповідає відбиттю в 3%. Високоякісний телефонний звязок вимагає відсутності амплітудних спотворень в ланцюгу передачі і в першу чергу постійний хвильовий опір Zo. Попутній потік особливо проявляється на довгих кабельних лініях при аналоговій передачі (частотне розділення каналів). Для цифрових систем передачі (часове розділення каналів) попутній потік обмежується довжиною регенераційного (з неоднорідностями) участку кабеля. Неоднорідності коаксіальних ліній і пошкодження симетричних ліній досліджуються в основному за допомогою імпульсного методу приладами з великою чутливістю. Вони дозволяють спостерігати на екрані осцилографа ступінь однорідності хвильвого опору калелю вздовж його довжини і встановлювати місце і характер пошкодження.