Файл: Курс лекций по специальности 140306 Электроника и автоматика физических установок.pdf

Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Лысенок А.А. «Телеконтроль и телеуправление». Лекция №8 «Линии связи»
84
ЛЕКЦИЯ 8.
Линии связи
ПЛАН ЛЕКЦИИ
8.1.
Классификация линий связи
8.2.
Проводные линии связи
8.3.
Каналы связи по воздушным линиям электропередач высокого напряжения
8.4.
Радиорелейные линии связи
8.1. Классификация линий связи
I.
По физической природе [1, 2]:
1. Механические.
2. Гидравлические (десятки метров, не больше).
3. Пневматические (max
ñèãí
10
f

Гц).
4. Акустические линии связи.

частота сигнала в воздухе до 1 МГц;

частота сигнала в воде до 10 МГц.
5. Электрические проводные [1, 2]:

воздушные (до 200 кГц);

кабельные на симметричном кабеле (до 1 МГц);

коаксиальные кабели (до 15 МГц).
6. Беспроводные. Радиолинии [1, 2]:

радиосвязь ДВ, СВ, КВ, УКВ (от 10 кГц до 1 ГГц);

радиорелейные линии (от УКВ и выше от 30 МГц до 3 ГГц) в пределах прямой видимости;

космические (до 15 ГГц).
7. Оптические линии связи [1, 2]:

с открытым каналом (например, лазер) до
14 3 10

Гц.

Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Лысенок А.А. «Телеконтроль и телеуправление». Лекция №8 «Линии связи»
85

с закрытым каналом до
14 8 10

Гц.
Недостатки воздушных линий связи – подверженность внешним помехам, малая надежность, большая утечка при ухудшении атмосферных условий (гроза, дождь, гололед), большие затраты материалов при сооружении и необходимость постоянного профилактического обслуживания.
Древнейшими линиями связи являются акустические и оптические. В наше время наибольшее распространение получили электрические линии связи.
Проводные линии связи допускают передачу энергии при частоте токов до нескольких МГц и позволяют производить по ним передачу телевизионных программ на большие расстояния.
По первым трансатлантическим подводным кабелям, проложенным в 1856 г., организовывали лишь телеграфную связь, и только через 100 лет, в 1956 г., была сооружена подводная коаксиальная магистраль между Европой и
Америкой для многоканальной телефонной связи.
В качестве проводных линий связи используются в основном телефонные линии и телевизионные кабели. Наиболее развитой является телефонная проводная связь. Но ей присущи серьезные недостатки: подверженность помехам, затухание сигналов при передаче их на значительные расстояния и низкая пропускная способность.
Оптическое волокно считается самой совершенной средой для передачи больших потоков информации на большие расстояния.
Оптоволоконные линии отличают от традиционных проводных линий:

очень высокая скорость передачи информации (на расстояние более
100 км без ретрансляторов);

защищенность передаваемой информации от несанкционированного доступа;

высокая устойчивость к электромагнитным помехам;

стойкость к агрессивным средам;

Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Лысенок А.А. «Телеконтроль и телеуправление». Лекция №8 «Линии связи»
86

возможность передавать по одному волокну одновременно до 10 миллионов телефонных разговоров и одного миллиона видеосигналов;

гибкость волокон;

малые размеры и масса;

искро-, взрыво- и пожаробезопасность;

простота монтажа и укладки;

низкая себестоимость;

высокая долговечность оптических волокон – до 25 лет.
В настоящее время обмен информацией между континентами осуществляется главным образом через подводные оптоволоконные кабели, а не через спутниковую связь. При этом главной движущей силой развития подводных оптоволоконных линий связи является Интернет.
II.
По назначению [1, 2]:
1. Телефонные линии связи;
2. Телеграфные;
3. Фототелеграфные;
4. Телевизионные.
Факсимильная (или фототелеграфная) связь – это электрический способ передачи графической информации – неподвижного изображения текста или таблиц, чертежей, схем, графиков, фотографий и т.п. Осуществляется при помощи факсимильных аппаратов: телефаксов и каналов электросвязи
(главным образом телефонных).
III.
По характеру эксплуатации [1, 2]:
1. Выделенные (постоянно подключѐнные);
2. Коммутируемые (непостоянно подключѐнные).

Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Лысенок А.А. «Телеконтроль и телеуправление». Лекция №8 «Линии связи»
87

Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Лысенок А.А. «Телеконтроль и телеуправление». Лекция №8 «Линии связи»
88
Индуктивность.
Индуктивность двухпроводной цепи из однородных
(не биметаллических) проводов определяется выражением:
 
4 4 ln
10
П
L
a r
к



  




, мГн км
(8.2) где a – расстояние между центрами проводов, см; r – радиус проводов, см;

– относительная магнитная проницаемость материала провода (для меди м
1
 
, для стали с
140
 
);
П
к
– табличный коэффициент, учитывающий поверхностный эффект.
Ёмкость.
Ёмкость двухпроводной цепи определяется по формуле:
 
6 10 / 36 ln
С
a r

 

,
(8.3) где

– относительная диэлектрическая постоянная (для воздуха
1
 
).
Ёмкость однопроводной цепи:


6 10 /18 ln 2
С
h r

 

,
(8.4) где h – расстояние от поверхности земли до провода, м.
8.2.2. Вторичные параметры
1). Волновое сопротивление;
2). Коэффициент распространения;
3). Затухание, вносимое линией.
Волновое сопротивление.
Определяется выражением:
R
j L
Z
G
j C
 

 
,
(8.5) где G – активная составляющая проводимости.
На высоких частотах или при малых потерях R
L

и
G
C

, тогда
L
Z
C

(8.6)

Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Лысенок А.А. «Телеконтроль и телеуправление». Лекция №8 «Линии связи»
89
При нагрузке однородной линии на резистор, сопротивление которого равно еѐ волновому сопротивлению, отражения в линии отсутствуют и еѐ пропускная способность резко возрастает.
Коэффициент распространения.
Постоянная передачи линии, называемая также коэффициентом распространения, определяется выражением:
(
) (
)
j
R
j L
G
j C
     
  
 
,
(8.7) где

– постоянная (коэффициент) затухания линии;

– коэффициент сдвига фаз между напряжением и током в линии.
Затухание, вносимое линией.
Затухание электромагнитной энергии в линии, нагруженной на волновое сопротивление, происходит по экспоненциальному закону: ток
1
I
и напряжение
1
U в начале линии всегда больше тока
2
I и напряжения
2
U
в конце линии. Поэтому
2 1
z
I
I e

 
,
2 1
z
U
U e



,
(8.8) где z – длина линии. Из чего получаем:
1 1
1 2
2 2
1
ln ln ln
2
U
I
P
z
U
I
P
 


(8.9)
Если
1
z

км, то километрическое затухание в линии, согласованной с нагрузкой, определяется выражением:
1 1
1 2
2 2
1
ln ln ln
2
U
I
P
U
I
P
 


(8.10)
Затухание выражается в неперах. Непер – натуральный логарифм отношения двух напряжений, токов или половина натурального логарифма отношения мощностей на входе и выходе.
Если линия обладает затуханием в 1 Нп, то это значит, что ток и напряжение в конце линии уменьшаются в
2,718
е

раза, а мощность – в
2 7,39
е

раза.
Затухание также выражают и в децибелах:

Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Лысенок А.А. «Телеконтроль и телеуправление». Лекция №8 «Линии связи»
90 1
1 1
2 2
2 10 lg
20 lg
20 lg
P
I
U
P
I
U
 





(8.11)
Чтобы затухание, выраженное в неперах, перевести в децибелы, число неперов нужно умножить на коэффициент 8,686, а для обратного перевода – на 0,1151.
Эти параметры характеризуют условия распространения электромагнитной энергии по линии связи и зависят только от первичных параметров и частоты.
8.3. Каналы связи по воздушным линиям электропередач высокого
напряжения
Каналы связи по воздушным линиям электропередач высокого напряжения (ВЛ) широко применяются в энергосистемах для связи и передачи телемеханических сообщений [1, 2].
Линии электропередачи 35, 110, 220, 400 кВ имеют высокую электрическую и механическую прочность, поэтому каналы связи по ВЛ осуществляются токами высокой частоты в диапазоне от 300 до 500 кГц, а по некоторым воздушным линиям – и до 1000 кГц.
Каналы связи по ВЛ имеют сравнительно высокий уровень помех, поэтому для получения достаточного для нормальной работы отношения сигнал/помеха применяются специальная аппаратура каналов со сравнительно высокой выходной мощностью сигналов и качественные фильтры для разделения сигналов и уменьшения перекрѐстных помех.
Уровень сигнала на линиях 35 – 220 кВ составляет примерно +4,5 Нп (10
Вт) при входном сопротивлении линии 400 – 600 Ом.
Затухание на километр длины в диапазоне частот 50 – 300 кГц для ВЛ длиной до 300 км определяется выражением:
к f
 
, мНп/км
(8.12) где f – частота, кГц.

Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Лысенок А.А. «Телеконтроль и телеуправление». Лекция №8 «Линии связи»
91
Для линий 35 кВ

1, 4
к

; для 110 кВ

1,0
к

; для 220 кВ

0,75
к

Для высокочастотной обработки и присоединения используются выпускаемые промышленностью высокочастотные заградители, конденсаторы связи и фильтры присоединения, включаемые по схеме фаза- земля (см. рисунок 8.2), фаза-фаза и др.
ВЛ
ВЛ
КС
ФП
ПС
ФП
КС
У
КС
ПС
ФП
ПС
ФП
КС
З
З
З
З
Рисунок 8.2 Схема фаза – земля:
З – заградитель;
КС – конденсатор связи;
ФП – фильтр присоединения;
ПС – пост связи,
У – усилитель.
8.4. Радиорелейные линии связи
Волны УКВ-диапазона в отличии от длинных и коротких волн могут распространятся только в пределах прямой геометрической видимости, что ограничивает дальность передачи на УКВ [1, 2].
При высоте антенных опор до 100 м дальность прямого распространения радиоволн не превышает 40 – 70 км. Это означает, что связь на большие

Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Лысенок А.А. «Телеконтроль и телеуправление». Лекция №8 «Линии связи»
92 расстояния возможна лишь при использовании радиолиний с ретрансляцией
(см. рисунок 8.3), так называемых радиорелейных линий (РРЛ).
РРЛ осуществляют передачу на волнах 75; 15; 7; 5; 3,75; 2,73 см.
50-70км ретранслятор
Рисунок 8.3 Радиорелейная линия связи с ретрансляцией
Оконечные станции оборудуются аппаратурой уплотнения, позволяющей с помощью частотного и временного разделения сигналов обеспечить передачу большого числа сообщений [1, 2].
За последние десятилетия необходимость передавать данные – информацию, представленную в цифровом виде, – привела к созданию цифровых систем передачи. Появились цифровые радиорелейные системы передачи данных, способные обмениваться цифровой информацией.
Космическая или спутниковая связь по существу является разновидностью радиорелейной связи и отличается тем, что ее ретрансляторы находятся не на поверхности Земли, а на спутниках в космическом пространстве.

Горюнов А.Г., Ливенцов С.Н., Лысенок А.А. «Телеконтроль и телеуправление». Лекция №9 «Спутниковые каналы связи»
93
ЛЕКЦИЯ 9.
Спутниковые каналы связи
ПЛАН ЛЕКЦИИ
9.1. Спутниковые системы связи
9.2. VSAT-станция спутниковой связи
9.3. Радиосигналы в спутниковых системах связи
9.4. Вопросы текущего контроля на лекциях по модулю «Каналы связи»
9.1. Спутниковые системы связи
Современные организации характеризуются большим объемом различной информации, в основном электронной и телекоммуникационной, которая проходит через них каждый день. Поэтому важно иметь высококачественный выход на коммутационные узлы, которые обеспечивают выход на все важные коммуникационные линии. В России, где расстояния между населенными пунктами огромное, а качество наземных линий оставляет желать лучшего, оптимальным решением этого вопроса является применение систем спутниковой связи (ССС).
На сегодняшний день существует большое количество ССС, основанных на различных спутниковых системах, различных принципах и предназначенных для различных применений.
Спутниковые системы связи известны давно, и используются для передачи различных сигналов на протяженные расстояния. С момента своего появления спутниковая связь стремительно развивалась, и по мере накопления опыта, совершенствования аппаратуры, развития методов передачи сигналов произошел переход от отдельных линий спутниковой связи к локальным и глобальным системам.
Такие темпы развития ССC объясняются рядом достоинств которыми они обладают. К ним, в частности, относятся большая пропускная способность, неограниченные перекрываемые пространства, высокое