(5.42)

Это вьцражение имеет максимум при t = 3,7d. Ясно, что при соблюдении этого условия (что лепко достигнуть, сделав d=l,8d и намотав спираль иплотную) колебания шага намотки не вызовут изменений волнового сопротивления кабеля.

В заключение заметим, что если Опиралыные кабели .сконструированы в соответствии с приведенными здесь ;и некоторыми другими соотн.ошениями, обеспечивающими минимум а/Т, то отношение а/Т (и, .следовательно, добротность Q) для различных типов спиральных кабелей оказывается .практически одинаковым, яе зависит от е изоляции и примерно рав.но а/Т обычного коаксиального .кабеля, .имеющего тот же диаметр то изоляции, конструкцию экрана и оптимальное отношение D/d. Например, при /(2=8 оптимальное отношение D/d=5, а а/Т, дБ/мкс, равно

1/1 , 3 \ 310»

d d)

120In- d

9 Й-; Q==5,8DK/. и и а

(5.43)

что .примернО соответствует .выражению (5.41).

Таким образом, потери энергии в любом иравильно .сконструированном кабеле зависят только от его диаметра по изоляции, качества .проводников 1И времени задержки, а не от типа кабеля. Применение кабеля задержки позволяет уменьшить длину линии, но не по.тери в ней. Уменьшить а/Т можно только за .счет увеличения диаметра или путем .применения магнитодиэлектрического сердечника и то лишь при сраЕНнтельно .низких частотах.

5.4. ФАЗОВЫЕ ИСКАЖЕНИЯ В СПИРАЛЬНЫХ КАБЕЛЯХ

BiO всех приведенных выше формулах пврв1ичные пара.метры спиральных кабелей считались не зависящими от частоты, кроме сопроти.вле1вия (?>» Ко и внутренней индуктивности проводников (LiXl/Yf). В действительности, однако, эти формулы являются приближенными, так как яе учитывают то обстоятельство, что .соседние витки спирали находятся яе в фазе. Чем выше частота, тем больше разность фаз .между соседними витками и связанные .с ней доба.вочные потери и изменение индуктивности.

У обычных радиочастотных кабелей, коа.каиальных и симметричных, 1время задержки практически не зависит от частоты, т. е. фазовая характеристика линейна. Лишь при сравнительно низких частотах, когда нельзя пренебрегать внутренней индуктивностью проводников LiiR/at по .орав.нению с .внешней (межпроводниковой) индуктивностью, наблюдается .слабая нелинейность (дисперсия), определяемая ф-лой (5.30):

Поэтому .основной причиной .искажения .аигнал.ав при передаче их по таким кабелям является увеличение затухан.ия .с ростом частоты, приводящее к относительному ослаблению .высокочастотных составляющ.их. В частности, у прямоугольного импульса увеличивается длительность фронта (время нарастания).

У .аииральных кабелей имеются и другие источники искажения импульсов. Так, рассматривая .ап.иральный .коаксиальный кабель .с замкнутЫ1м экраном, мож.но показать [5], что с увеличением частоты коэффициент укорочения растет, стремясь к .пределу:

(5.45>

где г -геометрический коэффициент укорочения [см. ф-лу (5.16)]. Точное .выражение опускается из-за его .сложности; физически же это означает, что с увеличением частоты волна «.прижимается» к спирали и в пределе «.скользит» .вдоль витков .со скоростью, характерной для данной .среды см. ф-лу i(1.138)].

Здесь имее.м дело с дисперсией, [которая приводит к тому, что при передаче ,им.пульсов .с крутым фронтом высокочастотные со-ста.вляю.щие не только .сильнее затухают, но и .отстают, что дополнительно увеличивает длительно.сть фронта .импульса. Дисперсия тем .сильнее, че1.м больше .отношение D/b, а частота, .на которой она начинает чувствоваться, примерно обратно пропорциональна геометрическому Коэфф.ициенту укорочен.ия.

На рис. 5.5 приведена зависимость коэффициента укорочения от частоты для (ряда отечественных кабелей задержки; для кабеля

500 100

30 10

PC 1500-7-1]

PC 1Ю0-7~1]

PC ZOO-5-15

PCiOO-7-lZ

PC 150-3-IS

WO m

Рис. 5.5. Фазовые xa-tMCu, рактеристики спиральных ЮОО кабелей

С зам.кнутым экраном PC 400-7-12, у которого г=28, коэффициент укорочения увел.ичивается на 1% пр.и частоте 180 МГц. Эту частоту в дальнейшем будем условно называть предельной для данного кабеля. Фактически он может применяться и на более высоких частотах, если при передаче допускается искажение фор-.мы .сигнала.

Аналогично для кабеля с незамкнутым экраном [6] при увеличении частоты коэффициент укорочения падает, стремясь к тому же пределу (5.41). Таки.м образом, здесь диаперОия имеет пр.оти-воположный характер-(высокочастотные составляющие опережают сипнал, образуя перед его фронтом тереходны(е колеба1Ния. Как 1ВИДН0 из рас. 5.5, у кабеля типа PC 400-7-11 дисперсия проявляется, начиная с частоты 8 МГц, а у PC 1600-7-11 даже с 3 МГц, т. е. неоравнанно раньше, чем у кабелей с замкнутым экраном. Это объясняется тем, что сам эффект здесь выражен более сильно; если у PC 400-7-12 коэффициент укорочетаия возрастает с 33 до 42, т. е. яа 25%, то у PC 400-7-11 и PC 1600-7-11 оя уменьшается в 2-2,5 раза.

На началь»01м участке кривой, т. е. в области частот, близких к предельной частоте, измене!ние коэффициента укорочения длины волны 1С частотой происходит по закону

(5.46)

гяех=-(Ь + d) = ог4-, а А h/Ci-:

2 X / , а м " - модифицированные функции

Бесселя первого и второго рода. Очевидно, что относительное

„ 1 dT I dl

из.менение вре.мени задержки с частотой--=---=-х

Т df I df

прапорцио,нальво диа.метру сердечника, времени задержки и частоте.

На рис. 5.5 приведены фазовые характеристики двух спиральных симметричных кабелей с о.бщйм сердечником. Характер этих кривых такой же, как у кабетей с незамкнутым экраном, хотя о.н проявляется гораздо позже-с 70 и даже с 250 МГц. Как видно, коэффициент укорочения уменьшается с частотой тем быстрее, чем он больше. В этих кабелях перед фронтом импульса также создаются переходные колебания, в связи с че.м в (Современных осциллографах, имеющих полосу пропускания более 200 МГц, предпочитают использовать .не (Спиральные, а обычные двухпроводные Л.ИНИИ.

Поскольку ем(КОсть этих .кабелей М10Ж(Н0 считать постоянной, изменение в-олнового сопротивления .с частотой происходит .по тому же закону, .как и изменение коэффициента укорочения, а нн-дукти!вность меняется ка(К Существуют формулы, описывающие изменение коэффициента затухания при частотах выше предельной, Н(0 они плохо подтв-ерждаются экопериментом. На р/ис. 5.6 лр.иведены фактические данные для отечественных кабелей задержки. ОчекиДНо, что при той же частоте, пр(И (Которой 1воани-кают нелинейные искажения, начинается резкое увеличение потерь, нарушающее обычный закон прапорциональности корню квадратному из частоты (в рабочем диапазоне большинства спиральных кабелей потери в диэлектрике почти не играют роли). До,полкительные потери также .овязаны (С тем, что токи в (Сосед-

них витках находятся не в фазе. Отметим, что при столь 1ВЫсо,ких частотах происходит пер(ераопред€Л(ение тока по .поверхности спирального проводника, так что даже у кабелей с нсзаммнутым экраном, где обычно весь ток течет по внутренней поверхности спирали, 1С повышением частоты все большая часть его переходит на

се, дБ/мкс

10 30

100 600

ГМц 1000

Рис. 5.6. Коэффициент затухания спиральных кабелей

внеш1нюю поверхность, а в пределе внешний и внутрен.нии токи становятся равнЫ(.МИ.

Иногда в качестве критерия фазовых искаж(ений гарини.маюг условие: 1ПолнО(е изменение (фазы для Н(аивЫ(Сшей частоты, (вносимое всей линией, должно отличаться не более чем на 0,5 рад от изменения фазы, возникающего в случае идеально линейной фазовой характеристики. Это условие можно записать так:

(5.47)

Отсюда .можно (Определить /верхнюю границу полосы пропускания .кабеля (с точки зрения фазовых (Искажений) (Как функцию его длины.

5.5. КОНСТРУКЦИИ СПИРАЛЬНЫХ КАБЕЛЕЙ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Рассмотрим в.начале конструкции и характеристики спиральных кабелей отечествен/ного произвоД(Ства. В соответствии с общими техничеоки.ми условиями на радиочастотные «абеЛ(И (ГОСТ 11326.0-71) спиральные кабели должны -иметь диаметры сердечников 3, 7 и 14 М(М. Значения (Волновых (Сопротивлений для спиральных кабелей установлены следующие: 50, 75, 100, 150, 200, 400, 800, 1600 и 3200 Ом. Спиральные ,кабеЛ(И обозначаются индексом PC (радиочастотный, спиральный). Маркировка спиральных кабелей содержит ИНф(Ормацию об Оснавных характеристиках .и является общей с маржировкой коаксиальных радиочастотных (кабе-тей. Например, марка PC 400-7-11 обозначает радиочас-

тотный спиральный кабель .с 1Вол:но,вЫМ сопротивлением 400 Ом и диаметром сердечн-ика 7 мм; первая цифра последнего двузначного числа указывает род изоляции (шолиэтилен), а вторая - порядковый номер конструкция. Принятый (iHO не обязательный) смьгсл этой цифры: 1 - коаксиальные кабели ic незамкнутым экраном, 2-1С замкнутым экраном, 5 - оимметричные кабели с общим сердечником, 3 и 4 - резервированы для коаксиальных кабелей iC .магнитодиэлектряческим .сердечником я изоляцией с высокой диэлектрической проницаемостью.

В табл. 5.1 приведены основные электрические и конструктивные данные отечественных дпиральных кабелей. Все кабели имеют полиэтиленовый .сердечник, армированный тросиком из стекловолокна. Изоляция проволок шнрали у PC 150-3-15-сплошная, у PC 200-3-15 -обмотка лентами. Изоляция кабеля PC 400-7-12 и поясная изоляция симметричных кабелей - сплошной полиэтилен, у PC 400-7-11-обмотка одной полиэтиленовой лентой толщиной 0,09 мм с перекрытием, у PC 1600-7-11-две таких ленты. Кабель PC 150-8-15, предназначенный исключительно для прокладки внутри прибора, не имеет защитной оболочки.

Волновое сопротивление, коэффициент укорочения и мжималь-ный радиус изпиба указаны в соответствии с ТУ, емкость я затухание- фактические значения. В качестве предельной условно принята частота, при которой время задержки изменяется на 1% по сравнению с нормальной величиной. Зависимости коэффициента укорочения и затухания всех кабелей .от частоты изображены на рис. 5.5 и 5.6.

Помимо приведенных в таблице, выпускается еще кабель марки PC 400-7-16, отличающийся от PC 400-7-12 только тем, что его внешний проводник п.ред.ставля.ет собой опл.етку. Он более .пибок, но хуже экранирован. Масса этого кабеля - 350 г/м, мжималь-ный радиус изгиба - 100 мм.

В табл. 5.2 приведены характеристики некоторых зарубежных спиральных кабелей. Эти кабели изготовляются главным образом в Англии, Франпи.н, США, ФРГ и Япо,няи, причем кон.струкции, изготовляющиеся в раз.ных странах, а также разными фирма-ми в одной стра.не (например, «Те1соп» и ВГСС в Англии), частично или полностью дубл.ируют друг друга. Поэтому в таблице не приводятся марки кабелей, а только о-снавные .страны-,из1ГОтовители. Из довольно ш]ирокой номенклатуры 1вы.браны .наиболее характерные предстагаители. В .некоторых .случаях .игнорировались н.еболь-шие ра.сстоя1Ния между конструкциями и ф(ирменяьг.ми данными сходных кабелей. В случаях, когда одина1Ковые кабели .имеют два варианта обол.очюи, приводятся два значения .массы.

Из таблицы В.ИД.НО, что диапазон электрических характеристик зарубежных кабелей весьма широк. Выпускаются как вы.сокоо.м-ные кабел.и с малым укорочением, так и разнообразные ка.бел.и задержки. Кабели с магнитными .сердечниками используются главны.м .образом для .приемников цветного телевидения. Их затухание при частоте 1 МГц заметно н.иже, чем у прочих, .но зато 220

га я

ч cd о.

се X

о 2 Я