同轴电缆介绍课件.ppt
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- 同轴电缆 介绍 课件
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1、一一 前言前言三三 同軸電纜的傳輸方程同軸電纜的傳輸方程二二 同軸電纜結構同軸電纜結構四四 同軸電纜的主要性能參數同軸電纜的主要性能參數五五 同軸電纜的選取和使用同軸電纜的選取和使用六六 同軸電纜的發展和應用同軸電纜的發展和應用 1744年電線誕生,電線電纜進入實用化,至今已 有250多年的歷史 1938年研制開發的PVCPE,使電線電纜進入大 量應用塑料的時代 20世紀70年代光纖的出現,近期超導和納米技朮 的進展,更使電線電纜的生產發展應用進入 一個全新的階段和領域 1925年,內外導體為硬銅管,采用玻璃片支撐絕 緣的第一根同軸電纜制造成功一一 前言前言 同軸電纜首先在通信領域獲得應用和發
2、展,作為 長途干線開通多路載波或傳輸電視節目.目前這 種應用基本已被光纖光纜取代 現代電信網絡已是有線和無線緊密相連的網絡, 它是以光纜為干線,輔助以電纜,衛星,蜂窩狀移 動通信等多媒體多接入的傳輸系統 同軸電纜在現代通信的電信網絡中起著重要的 作用,采用HFC網方式的CATV網絡,成為電視 電腦電話三網合一,信息高速公路的理想接 入網之一 同軸電纜是電線電纜的主要品種之一* 傳輸頻帶寬,可在較低衰減下傳輸高頻信號 同軸電纜的結構特點同軸電纜的結構特點 * 抗干擾性高,對外界干擾的防衛性高* 小的天線效應,輻射損耗小* 結構和安裝簡單經濟EH 同軸電纜及對稱電纜的電磁場 同軸電纜對稱電纜內導體
3、磁場外導體磁場同軸對磁場內導體電流密度分布同軸對中的工作電流與干擾電流外導體電流密度分布同軸對電流密度分布銅對絞電纜(1)同軸電纜(2)波導(3)單模光纖衰減(dB/km)f帶寬0.111010001MHz1GHz1THz各種線路的衰減頻率特性* 通信設備的內部連接元件 同軸電纜的主要用途同軸電纜的主要用途 * 傳統的CATV應用 (75歐引入線,配線,干線)* LAN/計算機電纜* 用作射頻傳輸和接收設備的天饋線,涉及移 動,微波,廣播,電視.微波中繼等領域 * 視頻電纜* 射頻電纜* 特種用途電纜,如地鐵隧道用漏泄電纜* 按種類分 同軸電纜的分類同軸電纜的分類 * 按絕緣形式分* 按絕緣外
4、徑尺寸分* 按充許傳輸的功率分* 按柔軟程度分 同軸電纜的分類同軸電纜的分類( (按種類分按種類分) ) * 低噪音電纜 適用于振動條件下測量系統* 高壓脈沖電纜 應用于高壓脈沖場合,峰值 功率可達几十兆瓦* 漏泄電纜(LCX) 地鐵隧道等場合,實現無 線和有線的轉換 同軸電纜的分類同軸電纜的分類( (按絕緣形式分按絕緣形式分) ) * 實芯絕緣 絕緣層全部是固體介質* 空氣絕緣 絕緣層大部分是空氣* 半空氣絕緣 介于實芯與空氣之間 同軸電纜的分類同軸電纜的分類( (按絕緣尺寸分按絕緣尺寸分) ) * 微型 1.0mm* 小型 1.5 3.0mm* 中型 3.7 11.5mm* 大型 11.5
5、mm 同軸電纜的分類同軸電纜的分類( (按傳輸的功率分按傳輸的功率分) ) * 小功率 0.5 KW* 中功率 0.5 5KW* 大功率 5 KW 同軸電纜的分類同軸電纜的分類( (按柔軟程度分按柔軟程度分) ) * 柔 軟 適于移動使用* 半柔軟 可承受多次彎曲* 半 硬 固定使用,只能承受一次彎曲lCATV公用天線電視寬頻電纜lDBS衛星廣播用電纜lCCTV閉路電視電纜lRG型射頻電纜lJIS可撓性同軸電纜lSYV同軸射頻電纜lSFYVP數字傳輸設備電纜lCATV: Community Antenna Television Cablesl標準依據: SCTE IPS-SP-001, UL
6、1655,UL444l用于CATV,MATV系統的接入電纜,測試頻率到 1GHzl常用規格 75: RG11/U, RG6/U, RG59/U SCTE: Society of Cable Telecommunication Engineers lDBS:Direct Broadcasting Satellite Cablel標準依據: UL1655,UL444l用作衛星系統電纜,測試頻率到 2.2GHzl常用規格 75: RG11/U, RG6/U, RG59/U CCTV :Close Circuit Television Cable 標準依據:UL1655,UL444用于閉路電視系統的引
7、入線,測試頻率到400MHz常用規格75: RG11/U,RG6/U,RG59/U93: RG62/URG:Radio Frequency Cable,General Specification標準依據:Mil-C-17G用于通信系統及信號控制力系統常用規格50: RG58A/U,RG174/U,RG5B/U75: RG59/U,RG6/U93: RG62/U其中: A,B.表示對基本型的修改 U: General Utility 通用型 R: Means Radio Frequency 射频 G:Means Government 政府批准JIS :Japanese Industrial St
8、andardl標準依據: JIS C 3501l主要用于高頻機器之配線.l尺寸表示: PE絕緣l絕緣徑 3 C - 2 V CS 導体種類l 特性阻抗 PVC被覆lC: 75 V: 1層編織 + PVC被覆lD: 50 W: 2層編織 + PVC被覆lS:內導体為絞線構成 Z: 1層編織(無被覆)lCS:內導体為銅包鋼 T: 3層編織 + PVC被覆l型號表示 同軸射頻電纜 PE絕緣 (2,3,4,5)芯線絕緣外徑 S Y V - 75 - 2 1 V:PVC護套 特性阻抗 (1,2,3)外導体(編織層數) Y: PE護套 標准依據 GB/T 14864-93 S F Y V P - 75 -
9、 2 x 8用于數字傳輸設備,長途數字程控交換機及其配線架間的連接,傳輸速率20Mb/s絕緣材料:F:內層實心氟塑料Y:外層實心PEV:PVC護套特性阻抗同軸射頻電纜芯線絕緣外徑總屏蔽層型號表示 標准依據 FILOTEX ET 298998 LUCENT,PHKIPS JNL 900-10175 常用規格型號SFYV-75-2-1 SFYV-75-2-1x8SFYZ-75-2-1 SFYZ-75-2-1x8SYV-75-2-1 SYV-75-2-1x8SYV-75-2-2 SYV-75-2-2x8一一 前言前言三三 同軸電纜的傳輸方程同軸電纜的傳輸方程二二 同軸電纜結構同軸電纜結構四四 同軸電
10、纜的主要性能參數同軸電纜的主要性能參數五五 同軸電纜的選取和使用同軸電纜的選取和使用六六 同軸電纜的發展和應用同軸電纜的發展和應用二二 同軸電纜結構同軸電纜結構內導體內導體絕緣絕緣外導體外導體護套護套 同軸電纜主要由導體、絕緣、護套及鎧裝組成 * 導體起電信號的引導作用 * 絕緣是電信號賴以傳輸的媒介質 * 護套及鎧裝對導體和絕緣提供保護,使電纜 能承受各種使用環境的要求 外導體同時起著導電和屏蔽作用,它的機械、 物理性能以及密封性能對于電纜成品的質量 有很大影響 護套及鎧裝是保護電纜,使其不受機械損傷及潮 氣,高低溫環境等因素的影響 絕緣是信號傳輸的介質,要求其有盡可能低的 損耗(、tg)
11、內導體是主要的導電元件,內導體電阻所引起 的損耗是電纜總損耗的主要部分 內導體結構形式 * 實心內導體,其電氣性能好,結構簡單,加工 方便,成本低;缺點是不能用于柔軟性要求高 的使用場合 * 絞線內導體,多根導線絞合而成,柔軟性好, 但電阻損耗增加,成本增加 * 管狀內導體,用于大功率,低衰減電纜中,以 減輕內導體重量,節約材料,但其柔軟性差, 制造加工麻煩 * 皺紋管內導體,管狀導體表面壓螺旋形或圓 環皺紋改善導體的彎曲性能,改善柔軟性, 可連續加工制造 內導體 其它結構形式: 中波廣播饋線采用銅包鋁雙金屬管狀內導體 高壓脈沖電纜采用塑料芯上多根銅線編織的 柔軟內導體 多根細漆包線絞合制成高
12、頻里茨線內導體 內導體材料: * 裸銅線,它導電導熱性好,加工制造方便 * 銅包鋼線,兼具銅的優良電性能和鋼的高強度 * 銅包鋁線,兼具銅的良導電性和鋁比重小 * 鍍銀銅線,提高導電性且耐高溫,連續工作溫 度可達200度 * 鍍錫銅線提高抗氧化及耐腐蝕性,使焊接容易 * 鍍鎳銅線,耐高溫,工作溫度可達260度 * 銅合金線,高強度銅合金,主要是鉻銅,鋯銅和 鎘銅,應用于微小型電纜中 * 高阻線,采用鎳、鎳鉻合金線作大衰減電 纜內導體 絕緣是信號傳輸的介質,要求其材料和結構選 擇得保證電纜有盡可能低的損耗,并須有足夠 的機械強度以保證內外導處于同軸位置 絕緣結構型式可分為: * 實芯絕緣 * 空
13、氣絕緣 * 半空氣絕緣絕緣* 實芯絕緣是指電纜內外導體間充滿密實介質 實芯絕緣 * 絕緣介質可以是均一的,也可由多層同芯組合 成,絕緣介質同心緊密的擠包在內導體上 * 聚乙烯是實芯絕緣最常用的絕緣介質,它具有 損耗低,優秀的耐電強度,良好的使用壽命等一 系列優點,得到最廣泛的應用* 實芯絕緣結構的優點: 結構穩定 電氣強度高 熱阻小 不易受潮氣影響 它適于經常承受彎曲的場合使用* 實芯絕緣結構的缺點: 材料消耗多 介電常數大,電纜衰減大 * 空氣絕緣是指電纜內外導體間,除了以一定間 隔或螺旋式固定在內導體上的支持物外,余均 為空氣 * 空氣絕緣的結構特點是可以從一個導體不經過 固體介質而到達另
14、一導體 空氣絕緣 * 典型的空氣絕緣結構型式:(a)墊片(b)螺旋(c)迭帶螺旋(d)罩子 * 空氣絕緣結構的優點: 有效介電常數和介質損耗小,電纜衰減低 允許傳輸的平均功率大 材料消耗少,介質僅用來保證內外導體同心, 絕大部分都是空氣或其它氣體 * 空氣絕緣結構的缺點: 因它大部分是空氣,耐電性能差 由于它的導體(內,外)通常采用管狀結構,電 纜柔軟性較差 縱向易受潮氣侵入,必須使用密封性能良好 的連接器和必要的充氣維護 易受過大的壓力,彎曲,扭轉等機械應力作 用,而使電纜變形,電性能變差半空氣絕緣* 半空氣絕緣有多種 結構型式:(a)星形和管(b)螺旋繩管(c)編織和管(d)縱向空洞(e)
15、泡沫塑料 外導體結構形式: * 編織外導體是由多根細導線相互交替地編織 構成,其柔軟性好,根據屏蔽要求,可雙層或 不同材質的多層編織 * 管狀外導體是電氣上理想結構,電阻低,屏蔽 性好,密封防潮,缺點是柔軟性差,不能承受 多次彎曲,主要作硬同軸應用 外導體 * 半空氣絕緣結構的優點: 它兼具空氣絕緣衰減小,電容低和實芯緣電氣機械強度高,彎曲性能好; * 泡沫絕緣是半空氣絕緣的主要形式,它柔軟性 好,使用方便.它比實芯絕緣衰減小,重量輕,而 又不需空氣絕緣充氣維護; * 半空氣絕緣是指電纜內外導體間,除支持物外, 從內導體到達外導體至少通過一層固體介質; * 皺紋管外導體目的和作用同皺紋管內導體
16、, 它主要應用于大功率低衰減電纜 * 鋁箔縱包及鋁鎂絲編織外導體,具有電性能 良好,成本低的優點,電視電纜廣泛采用這 種結構 * 其它,如電鍍銅,絞合扁銅線等護套及鎧裝 護套材料必須根據電纜的使用環境條件要求 選擇 常用的護套有: * 聚氯乙烯護套,它具有良好耐磨,耐油,酸等性 能,并對火焰有自滅性,適于-40+70使用 * 聚乙烯護套,它不含增塑劑等助劑,不會沾污 電纜的絕緣介質,使電纜電性能不劣化,適用 于-55+85使用 * 聚氨酯護套,它柔軟而堅韌,能在-5590 範圍內保持柔軟性,其耐磨性是聚乙烯的四倍 * 氟塑料護套,它是聚全氟乙丙烯(FEP)擠出或 聚四氟乙烯帶繞包,適用于-70
17、 200 * 其它,如硅橡膠,尼龍,玻璃絲編織等 根據要求,可在護套外加鎧裝以提供高的機械 強度或其它特殊的保護 * 鍍鋅鋼絲編織鎧裝,增加電纜抗張和耐磨保護 * 鋼帶繞包鎧裝,提供抗張及抵抗白蟻,老鼠的 侵蝕 * 皺紋鋼管鎧裝,具有高強度,省材,密封的優點一一 前言前言三三 同軸電纜的傳輸方程同軸電纜的傳輸方程二二 同軸電纜結構同軸電纜結構四四 同軸電纜的主要性能參數同軸電纜的主要性能參數五五 同軸電纜的選取和使用同軸電纜的選取和使用六六 同軸電纜的發展和應用同軸電纜的發展和應用三三 同軸電纜的傳輸方程同軸電纜的傳輸方程 同軸電纜,從電氣特性上可看為一個四端網絡, 它的等效電路dxxu(x,
18、t)u(x,t)+dxdxduRdxLdxGdxCdxdxdxditxi),(-dx的電壓變化取決于串聯電阻和電感上的電壓降 在距離x+dx處的電壓和電流變化及dx上變化為-dx的電流變化是由于導體間的漏電導Gdx的傳導電 流和電容Cdx上的位移電流引起)()(dtduCGudxdidtdiLRidxdu得出傳輸方程復數形式 對于傳輸方程求解,可應用正弦波電壓電流 相量形式dxdIdxdU-(R+j L)I-(G+j C)Uu=U Cos(t+ )=Re (Utje)i=I Cos(t+ )=Re (Itje)-方程式的解為: 對于傳輸方程進行x微分,可得波動方程的復數形式-通過邊界條件可獲得
19、A,B,C,D積分常數2222dxIddxUd(R + jL)(G + jC)U= U(R + jL)(G + jC) I= I2r2rrxeU=A + B rxerxeI=C + D rxe)(CjGljRr (-Uo,Io分別是電纜線路始端電壓和電流相量-Zc是電纜波阻抗.入射電壓與電流之比及反射電壓與電流之比都是此常數 電壓和電流沿電纜線路的變化方程式同軸電纜上任意一點的電壓和電流都是由入射波和反射波組成,即電纜上同時存在入射波和反射波rxerxeI =1/Zc0.5(Uo+IoZc) + 0.5(Uo-IoZc) rxeU=0.5(Uo+IoZc) + 0.5(Uo-IoZc) rxe
20、CjGtjRZc-R,L,G,C分別是電纜單位長度的有效電阻,電 感,絕緣電導和電容;- R,L,G,C稱為電纜的一次參數; 特性阻抗Zc和傳播常數稱為電纜線路的二次 參數信號在電纜上的傳輸情況主要取決于電纜的特性阻抗Zc和傳播常數電纜線路的二次參數)(CjGljRr (CjGLjRZc- Ul, Il分別是電纜線路終端電壓和電流相量 電壓和電流沿電纜線路的變化,也可用終端電 壓Ul和電流Il表述當Ul-IlZc=0時,即電纜終端與電纜特性阻抗Zc匹配時,終端無反射,電纜線上只有入射波,線上的波即稱為行波行波rxeU=0.5(Ul+IlZc) + 0.5(Ul-IlZc) rxerxerxeI
21、 =1/Zc0.5(Ul+IlZc) + 0.5(Ul-IlZc) 電壓行波隨著時間t的變化,電壓分布波形曲線不斷向著x增加方向即終端前進,這定性地反映了行波這一概念t=0t=T/4t=T/2X=0X=/4X=/2X=3/4X=X=5/4X=3/2X=7/4Uo-Uox 反射波與入射波電壓之比稱為反射系數,終端 處反射系數為 電纜終端負載與電纜特性阻抗Zc不匹配時,電纜 線路上存在反射波-反射系數越大,反射越大.=1, 全反射駐波-Zc=Zl時(匹配),=0,無反射,線路處于行波工作狀態=ZcZZcZZcIUZcIUUUllllllll入反 駐波使電壓和電流分布曲線只是隨時間上下振 動,而不沿
22、x軸方向傳播 一般電纜線路終端只發生部分反射,線路是有損耗的,此時電纜線路上既有行波傳輸又有駐波現象.電壓和電流的波幅也是逐步減小的,電壓波節點上的電壓不為0駐波 駐波比是最大電壓與最小電壓之比 存在反射波的情況下,反射波與入射波會相互迭 加,使線路上電壓和電流發生波動,出現駐波無耗開路線上的電壓電流振幅U1U1 /ZcxU,I0/4/23/4x0/23/25/2無耗開路線上的瞬時電壓電流t=0t=T/8,7T/8t=3T/8,5T/8t=T/2t=0, T/2t=5T8,7T/8t=T8,3T/8t= T/4t= 3T/4t=T/4,6T/821U1U21U1Uxu21U1U21U1Uxi-
23、K=0 代表純駐波-K=1 代表行波-K=1/3 代表電壓波節點上的固定分量在總的電壓振幅中占1/3行波系數K可以反映出波的行波分量在整個波形中所占的比例駐波駐波比S的倒數稱為行波系數K K=1/S=(1-)/(1+)電壓相量及駐波分布(無耗線Z1=3Zc)/ 25/ 83/ 8/ 4/ 800/4/23/45/4UlUl/3一一 前言前言三三 同軸電纜的傳輸方程同軸電纜的傳輸方程二二 同軸電纜結構同軸電纜結構四四 同軸電纜的主要性能參數同軸電纜的主要性能參數五五 同軸電纜的選取和使用同軸電纜的選取和使用六六 同軸電纜的發展和應用同軸電纜的發展和應用四四 同軸電纜的主要性能參數同軸電纜的主要性
24、能參數一次參數 同軸電纜的內外導體是同心圓柱放置的,從麥克斯韋爾方程出發,應用圓柱坐標系統進行計算可得到同軸電纜的一次參數的工程計算式。有效電阻電感工作電容絕緣電導 同軸電纜的有效電阻,等于內導體和外導體電 阻之和R=Ra+Rb=6.33 )(104DPKdKaPafbb歐/米 同軸電纜的電感由內導體和外導體的電感La,Lb及導體間的電感Le組成:隨f增加,La,Lb在高頻下可以忽略L=La+Lb+Le=dDfKDfKdbbaalg10*46. 010*007. 110*007. 1644亨/米dDlg10*46. 06 同軸電纜的工作電容C=24.12dDlg微微法/米 同軸電纜的絕緣電導*
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