Výsledky výzkumu a další informace nejen
z oblasti přístupových telekomunikačních sítí.
Access server ISSN 1214-9675
Server vznikl za podpory Grantové agentury ČR.
15. ročník
Dnešní datum: 26. 09. 2017  Hlavní stránka | Seznam rubrik | Ke stažení | Odkazy  

Doporučujeme
Knihu o FTTx

Matlab server - on-line výpočty a simulace

E-learning - on-line kurzy

Trainingpoint - školení z oblasti TELCO a ICT

Kontakt
KTT FEL ČVUT
Napište nám

Redakční rada - pokyny pro autory a recenzenty

Copyright

Parametry

* Jevy ovlivňující útlum symetrických kabelových vedení

Vydáno dne 02. 12. 2004 (15398 přečtení)

V článku je diskutována problematika útlumu symetrických vedení. Je v něm ukázán vliv jednotlivých primárních parametrů na výsledný útlum. Dále jsou zde popsány základní fyzikální jevy, jenž tento útlum také ovlivňují. Jsou to zejména povrchový jev a jev blízkosti.

   Telekomunikační vedení jsou v dnešní době používána pro stále vyšší a vyšší kmitočtová pásma (přípojky xDSL až do 12, příp. 18 MHz). V těchto pásmech se významně uplatňuje nárůst a zvlnění útlumu vedení, jenž má rozhodující podíl na dosažitelné přenosové rychlosti přípojek. Útlum vedení lze ovlivnit pomocí optimalizace primárních parametrů těchto vedení při konstrukci nových kabelů. Vedle klasické telekomunikační sítě se dnes budují lokální sítě uzpůsobené pro vysoké přenosové rychlosti a šířku pásma ve stovkách MHz. Na druhé straně se využívají silové rozvody pro systémy PLC s přenosovými rychlostmi v Mbit/s v pásmu až do desítek MHz.


Rozbor vlivu primárních parametrů na útlum vedení

   Výsledný útlum vedení je roven hodnotě měrného útlumu násobeného délkou vedení :

Vedeni_1
(1)

kde A je výsledný útlum v dB, α je měrný útlum v dB/km a l je délka vedení v km. Pro měrný útlum symetrického kabelového vedení, jakým je například telekomunikační vedení, platí podle teorie homogenního vedení následující rovnice :

Vedeni_2
(2)

kde α je v Np/km, γ je měrná míra přenosu, R je měrný odpor v Ω/km, L je měrná indukčnost v H/km, G je měrný svod v S/km, C je měrná kapacita ve F/km a ω je úhlová frekvence v rad/s.

   Důležitým parametrem mající vliv na přenos je charakteristická impedance Zc v Ω :

Vedeni_3
(3)

   Pro vysoké frekvence platí ωL » R a ωC » G. Za tohoto předpokladu lze použitím binomické věty a několika následných úprav (2) dojít ke zjednodušenému tvaru :

Vedení_4
(4)

Rovnice pro Zc se následne zjednoduší na tvar :

Vedení_5
(5)

Z rovnice (4) je patrný odporový a svodový charakter měrného útlumu, přičemž rozhodující podíl má měrný odpor. Z výše uvedeného vyplývá, že měrný útlum je nepřímo úměrný charakteristické impedanci, tedy čím je větší Zc, tím je α menší. Útlum vedení lze v zásadě snížit změnou tří primárních parametrů a to :

  • snížením měrného odporu R; znamená to zvětšením průměru vodičů
  • zmenšením měrné kapacity C. To lze zvýšením vzdálenosti vodičů, což je v kabelu možné jen v omezené míře. Další možností jak snížit C, je použít izolační hmoty s nízkou hodnotou efektivní permitivity

  • zvýšením L; například ovinutím vodiče železným drátkem

Fyzikální jevy ovlivňující útlum vedení

   Nicméně telekomunikační i silová vedení (jež lze též použít pro přenos telekomunikačních signálů), ovlivňuje několik nepříznivých jevů. Jde zejména o povrchový jev a jev blízkosti. Tyto jevy způsobují zvyšování měrného odporu a tím i útlumu a uplatňují se hlavně při vysokých frekvencích.

Povrchový jev

   Když střídavý proud protéká vodičem, jeho magnetické pole indukuje vířivé proudy ve vodiči, jenž čelí toku primárního proudu. To nutí celkový proud ke stále větší koncentraci na povrchu vodiče s tím, jak vzrůstá frekvence. Proto vzrůstá efektivní odpor a objevuje se reaktivní složka zvaná vnitřní reaktance (následkem změny fáze v celkovém proudu). Při velmi vysokých frekvencích (nad 10 MHz) je skoro všechen proud veden v tenké vrstvě blízko povrchu vodiče (s prudkým poklesem směrem k vnitřku). Tento efekt se nazývá povrchový jev (skin efekt).

   Tloušťka vrstvy ds, v níž je veden proud o frekvenci f se určí ze vztahu :

Vedení_6
(6)

ds je v mm, f je v kHz, ρ je měrná rezistivita vodiče v Ωmm2/km (literatura [1] pro Cu uvádí ρ = 17,241 Ωmm2/km, pro Al 28,21 Ωmm2/km) a µ je magnetická permeabilita materiálu (pro Cu i Al je µ =1).

SkinEfect

Obr. 1 - Povrchový jev


Jev blízkosti

   Stejně jako povrchový jev, jev blízkosti má vliv na výsledné rozložení proudové hustoty a ve výsledku způsobuje zvětšení měrného odporu na vysokých frekvencích. Jev blízkosti nastává u dvou vodičů téhož vedení, jimiž protéká proud v různých směrech. Vnější silové čáry vyvolané proudem ve vodiči a způsobí vznik dílčích proudů ve vodiči b, které na blízké straně k vodiči a procházející proud zvětší, na odvrácené straně zmenší. Podobně působí i vliv blízkosti vodičů sousedních párů, kovového pláště nebo stínění. Na rozdíl od povrchového jevu, který se zvětšuje se vzrůstající frekvencí, jev blízkosti dosáhne při určitém kmitočtu rovnovážné hodnoty a dále se nemění.

ProximityEfect

Obr. 2 - Jev blízkosti


Vliv teploty vedení

   Dalším jevem, který má přímý vliv na útlum vedení (ačkoliv v porovnání s předešlými jevy podstatně menší ) je teplota vedení. Prvotním parametrem, jenž teplota ovlivňuje je stejnosměrný odpor R 0, tedy součást celkového měrného odporu. Stejnosměrný odpor roste s růstající teplotou a to podle vztahu :

Vedení_7
(7)

kde Rυ je stejnosměrný odpor v Ω při teplotě υ, teplota υ je ve ºC, R20 je stejnosměrný odpor při teplotě υ= 20ºC v Ω a σ je teplotní činitel. Literatura [2] uvádí pro Cu σ = 0,004 a pro Al 0,0043.

   Příklad modelování teplotní závislosti měrného útlumu je uveden na obr. 3. Jedná se o simulaci pro nestíněný Cu pár s průměry jádra a žíly 0,4 resp. 0,6 mm s izolací z pevného PE.

Utlum

Obr. 3 - Modelování měrného útlumu v závislosti na teplotě vedení


Závěr

   Cílem příspěvku bylo ukázat několik základních faktorů, které se přímo či nepřímo podílejí na změnách primárních parametrů. Tím ovlivňují výsledný útlum vedení, jenž je nejdůležitější veličinou pro stanovení maximální přenosové rychlosti, resp. propustnosti informačního kanálu.

   Modelování měrného útlumu a dalších parametrů vedení za různých podmínek (uspořádání vodičů v kabelu, průměr jádra a žíly, materiál jádra a izolace atd.) lze provést na webovém serveru http://matlab.feld.cvut.cz.

Příspěvek vznikl za podpory grantu FRVŠ G1 2066/2004 a GAČR 102/03/0434.

Literatura

[1] Hughes, H.: Telecommunications Cables, John Wiley & Sons, West Sussex - England,1997
[2] Vodička, F., Riedl, J.: Spojová vedení – 1. díl, Teorie přenosu , NADAS, Praha, 1966
[3] Vodrážka, J.: Přenosové systémy v přístupové síti, ČVUT, Praha, 2003
[4] Mikulec, M., Havlíček, V.: Teorie obvodů, ČVUT Praha, 2000


Autor:        T. Hubený
Pracoviště: České vysoké učení technické v Praze, FEL

Informační e-mail Vytisknout článek
Projekty a aktuality
01.03.2012: PROJEKT
Výzkum a vývoj nového komunikačního systému s vícekanálovým přístupem a mezivrstvovou spoluprací pro průmyslové aplikace TA02011015

01.01.2012: PROJEKT
Vývoj adaptabilních datových a procesních systémů pro vysokorychlostní, bezpečnou a spolehlivou komunikaci v extrémních podmínkách VG20122014095

09.10.2010: PROJEKT
Výzkum a vývoj datového modulu 10 Gbit/s pro optické a mikrovlnné bezdrátové spoje, FR-TI2/621

09.01.2010: PROJEKT
Sítě s femtobuňkami rozšířené o řízení interference a koordinaci informací pro bezproblémovou konektivitu, FP7-ICT-2009-4 248891

09.11.2008: PROJEKT
Ochrana člověka a techniky před vysokofrekvenčním zářením, FI-IM5/202

20.06.2008: Schválení
Radou pro výzkum a vývoj jako recenzovaný časopis

01.04.2007: PROJEKT
Pokročilá optimalizace návrhu komunikačních systémů pomocí neuronových sítí, GA102/07/1503

01.07.2006: Doplnění sekce pro registrované

12.04.2005: Zavedeno recenzování článků

30.03.2005: Výzkumný záměr
Výzkum perspektivních informačních a komunikačních technologií MSM6840770014

29.11.2004: Přiděleno ISSN

04.11.2004: Spuštění nové podoby Access serveru

18.10.2004: PROJEKT
Optimalizace přenosu dat rychlostí 10 Gbit/s, GA102/04/0773

04.09.2004: PROJEKT
Specifikace kvalitativních kritérií a optimalizace prostředků pro vysokorychlostní přístupové sítě, NPV 1ET300750402

04.06.2004: PROJEKT
Omezující faktory při širokopásmovém přenosu signálu po metalických párech a vzájemná koexistence s dalšími systémy, GA102/03/0434

Web site powered by phpRS PHP Scripting Language MySQL Apache Web Server

NAVRCHOLU.cz

Tento web site byl vytvořen prostřednictvím phpRS - redakčního systému napsaného v PHP jazyce.
Na této stránce použité názvy programových produktů, firem apod. mohou být ochrannými známkami
nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků.