Читайте также:
|
Теоретические сведения о диэлектрических свойствах радиочастотных кабелей, их обозначениях приведены в пособии [1, гл. 2], а также в рекомендуемой литературе [4, 5].
Условное изображение одножильного коаксиального (цилиндрическая конструкция электродов) кабеля приведено на рис. 3.6.
С помощью моста переменного тока производится измерение различных параметров кабеля: сопротивления жилы R ж (между точками 1 - 2); индуктивности кабеля L х (между точками 1 - 2); емкости изоляции (диэлектрика) С х кабеля (между точками 3 - 1). Сопротивление R из и проводимость G из изоляции (по постоянному току) кабеля могут быть экспериментально измерены (между точками 1 - 3) с применением измерителей малых токов (тераомметров, мегомметров, электронных вольтметров и т.п.).
Заметим, что емкость С кабеля, в основном, обусловлена диэлектрическими свойствами изоляции жилы, а индуктивность L кабеля – особенностями конструкции (например, изгибы) и протяженности металлической жилы.
Основными ( первичными ) параметрами кабеля являются: активное сопротивление токопроводящих жил R ж|1м, индуктивность L |1м, емкость C |1м, проводимость изоляции G |1м кабеля, приходящиеся на единицу длины кабеля.
Эти первичные параметры не зависят от величины напряжения и передаваемого тока, но определяются конструкцией кабеля. Расчет показывает, что активное сопротивление токопроводящих жил R ж, индуктивность L, емкость C, проводимость изоляции G зависят от его длины, свойств используемых материалов, частоты волны и т.п. Например, по мере увеличения длины кабеля значения R ж, L, C возрастают, а значение G, напротив, уменьшается.
Волновое сопротивление | Z | (модуля Z) кабеля (диэлектрика) теоретически определяется как отношение амплитуд взаимно перпендикулярных векторов напряженностей электрического | Е | и магнитного | H | полей волны (рис. 3.3, а):
| Z | = Z = | Е| /| H|, Ом. (3.13)
Рис. 3.6. Условное изображение одножильного коаксиального кабеля
С учетом взаимосвязи | E| и | Н| волновое сопротивление Z теоретически рассчитывается
| Z | = Z = (mm0/ee0)1/2, Ом. (3.14)
Диэлектрики, используемые в качестве изоляции кабеля – немагнитные материалы, поэтому можно полагать, что m = 1, следовательно,
Z =(m0/ee0)1/2, Ом. (3.15)
Для вакуума имеем: m = 1, e = 1, поэтому для вакуума волновое сопротивление Z равно
Z = (m0/ee0)1/2 = 376,73 Ом. (3.16)
Волновое сопротивление Z кабельной линии относится к вторичным параметрам линии и широко используется для оценки эксплуатационно-технических качеств линий связи, сопряжения (соединения) разных устройств и т.п. Волновое сопротивление Z физически может быть интерпретировано как сопротивление, которое встречает электромагнитная волна при распространении вдоль однородной линии без отражения.
В кабельной линии, однородной по электрическим характеристикам на всем протяжении от генератора до приемника, ″вся″ электромагнитная энергия, передаваемая от генератора, полностью поглощается приемником, при условии согласования волновых сопротивлений:
Z г = Z п = Z в, (3.17)
где Z г, Z п, Z в - волновые сопротивления генератора, приемника и линии.
Расчеты показывают, что модуль волнового сопротивления с изменением частоты волны, проходящей вдоль кабеля, уменьшается от значения
Z = 
, Ом (3.18)
при f = 0 (т.е. на постоянном токе) до значения
Z = 
, Ом, (3.19)
в области высоких частот.
На основе экспериментальных измерений L х и С хможно рассчитать значение относительной диэлектрической проницаемости e изоляции кабеля:
С х = 2,4e l 10–11/[lg(D / d)], Ф. (3.20)
С учетом вышесказанного, с одной стороны, модуль волнового сопротивления Z может быть оценен расчетным путем по (3.19) на основе экспериментальных измерений L х и С х.
С другой стороны, при известном значении e можно оценить волнового сопротивления Z одножильного коаксиального кабеля c учетом его геометрических размеров:
Z = (138/ 
)lg(D / d), Ом, (3.21)
где l - длина кабеля, м; D - диаметр экранной оболочки, мм; d - диаметр токопроводящей жилы (то же самое, что и внутренний диаметр изоляции жилы), мм; lg – десятичный логарифм.
Передача энергии вдоль кабеля или провода или провода осуществляется электромагнитным полем, которое распространяется со скоростью v в изоляции в диэлектрике. Токопроводящие жилы кабелей служат направляющими электромагнитного поля.
Значения диэлектрической проницаемости e и магнитной проницаемости mвещества определяют условия распространения электромагнитной волны в веществе, следовательно, скорость распространения электромагнитной волны v зависит от параметров изоляции кабеля и частоты.
Согласно теории Максвелла можно получить, что
v = c / 
. (3.22)
При входе из вакуума в диэлектрик с параметрами e и mэлектромагнитная волна снижает свою скорость в
n = раз, (3.23)
где n - показатель преломления света в изоляции (диэлектрике) кабеля.
Анализ зависимостей относительной диэлектрической проницаемости неполярных диэлектриков от температуры и частоты (рис. 4.3, рис. 4.4) приведен в настоящем практикуме (см. тему 4).
Удельное объемное сопротивление rж металлической жилы, как правило, медной или алюминиевой, рассчитывается с учетом:
rж = R ж S / l, Омм, (3.24)
где S – поперечное сечение жилы, м2.
Удельная объемная проводимость gж жилы рассчитывается с учетом:
gж = 1/rж, Ом–1м–1. (3.25)
Объемное сопротивление R из и проводимость G из изоляции одножильного коаксиального кабеля оценивается по соотношению:
R из = 1/ G из = (rv/2p l)ln(D / d), Ом, (3.26)
гдеrv – удельное электрическое сопротивление материала изоляции, Омм; ln – натуральный логарифм отношения D / d.
В процессе испытаний исследуется зависимость e(t), c учетом которой рассчитываются значения ТKε:
ТKε = (1/e)De/D t, К–1. (3.27)
Дата добавления: 2015-07-17; просмотров: 193 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Испытание 2 | | | Обозначение и строение радиочастотных кабелей |