Изолированные внутренние проводники симметричного кабеля размещаются параллельно или скручиваются в пару. Поверх скрученных изолированных проводников накладывается поясная изоляция, одновременно заполняющая промежуток между проводниками до получения круглой формы. Кабель с параллельными изолированными проводниками может иметь овальную форму.

В качестве экрана симметричных кабелей обычно применяются оплетки из медных проволок, которые могут иметь антикоррозийное покрытие. Экран выполняется также из сплошной медной или другого металла трубки или плоских проволок.

Симметричные кабели могут состоять из двух коаксиальных кабелей (рис. 6.46). Такие кабели, называемые двухкоаксиальны-ми, могут иметь дополнительный общий экран поверх двух параллельно уложенных коаксиальных пар.

Симметричный кабель с параллельными внутренними проводниками может быть выполнен таким образом, что не требуется предварительного изолирования внутренних проводников. В этом случае внутренние проводники располагаются в монолитном изоляционном слое (рис. 6.4а).

Радиочастотные кабели симметричной конструкции могут и не иметь экрана (см. рис. 6.3), при этом защитная оболочка накладывается непосредственно на изоляционный слой токопроводя-щих проводников кабеля. Неэкранированные симметричные кабели изготовляются обычно со скрученными проводниками. В этом случае на два изолированных проводника накладывается изоляция, которая, помимо необходимого по конструкции общего изоляционного слоя, играет роль заполнения для придания кабелю круглой формы. Неэкранированные кабели с параллельными проводниками изготовляются обычно ленточного типа (рис. б.Зв). Изоляция накладывается одновременно на оба проводника со связующим эти проводники изоляционным промежутком, фиксирующим расстояние между осями проводников.

Защитные покровы для симметричных кабелей такие же, что и для коаксиальных кабелей.

6.3. РАСЧЕТ ПЕРВИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИММЕТРИЧНЫХ КАБЕЛЕЙ

Первичными параметрами симметричного кабеля являются: активное сопротивление R, индуктивность L, емкость С и проводимость изоляции G.

Активное сопротивление неэкранированного симметричного кабеля нэ можно определить по ф-лам (2.179) и (2.181). В случае экранированного кабеля возникает электромагнитное поле реакции экрана. Если внутренние проводники кабеля составляют электрическую цепь, то поле реакции экрана будет ослаблять поле основной цепи и уменьшать действие эффекта близости. При этом величина результирующего поля и величина потерь будут существенно зависеть от расстояния между проводниками и диаметра

экрана. Чем ближе друг к другу расположены проводники цепи, тем сильнее сказывается взаимодействие электромагнитных полей и тем больше становятся потерн на эффект близости. Если же увеличивать расстояние между проводниками и приближать их к экрану, то будет возрастать взаимодействие проводников с экраном и соответственно увеличатся потери в экране. Следовательно, имеется такое промежуточное положение проводников по отношению друг к другу и к экрану, когда потери будут наименьшими. Это происходит в том случае, когда поле реакции экрана равно полю взаимодействия проводников за счет эффекта близости; потери за счет эффекта близости при этом становятся ничтожно малыми. Потери в экране, вызываемые вихревыми токами, будут уменьшать энергию, передаваемую по цепи, и их можно учитывать как дополнительное сопротивление кабельной цепи ?п.э.

Таким образом, активное сопротивление экранированного кабеля

эн.э +?п.э --?р.,, (6.18)

где Rpa - сопротивление, эквивалентное уменьшению потерь в кабельной цепи за счет эффекта близости вследствие реакции экрана.

Сопротивление потерь в экране Ru.3 можно определить по ф-ле (2.177), подставив в нее соответствующие значения напряженностей электрического и магнитного полей на поверхности экрана из выражений (6.17). Опуская промежуточные преобразования, которые можно найти в специальной литературе [1], напишем расчетные формулы для определения ?ц.э. Для низких частот, когда 0<W0,5,

п.э»8/?„, А

b Y k*cH

с ) k*c4 + 4

(6.19)

•оэ--сопротивление экрана постоянному току; с-радиус экрана; t - толщина экрана; k = V, b - половина расстояния между проводниками цепи (см. рис 6 2) Для частот, когда 0,5"ft3,

/?n..«8?03/i/i- Л V 2рэ с* - Ь* ch

Для частот, когда kt2.

i£l sh {Y2 feQ+sin {Y2kt)

2рэ с* - Ch (/2 kt) ~ cos iYkt)

Rn..8R,J

-b*

(6.20)

(6.21)

no фор"ГуГ™ "P" быть определено

р.э = 8R„

2 >

(6.22)

где Ro - сопротивление одного внутреннего проводника постоянному току; d - диаметр внутреннего проводника.

При высоких частотах (при ka>lO) эта формула может быть упрощена:

Rp.s « Ro V2ka

с*- Ь*

(6.23)

Таким образом, используя выражения (2.179), (6.18) и (6.22), формулу для определения сопротивления экранированного симметричного кабеля можно представить так:

3= 2/?,

\+F{ka) +

G(ka)

d \2

\-H(ka)

+ ?,(6.24)

Для радиочастотных кабелей, т. е. для высоких частот, эту формулу можно упростить и записать иначе:

(6.25)

/?э - сопротивление экранированного симметричного кабеля, Ом/м; с - радиус экрана, мм; \хэ - относительная магнитная проницаемость материала экрана; рэ -удельное сопротивление материала экрана, Ом-ммм.

В этой формуле первый член учитывает сопротивление проводников кабеля за счет поверхностного эффекта, второй - сопротивление за счет эффекта близости и реакции экрана и третий - сопротивление, эквивалентное потерям в экране.

Анализ ф-лы (6.25) показывает, что сопротивление симметричного экранированного кабеля может иметь минимальное значение, когда выполнено условие

4 = 1. (6-26)

с* -ft*

При этом условии второй член ф-лы (6.25) равен нулю, что с физической точки зрения означает полную компенсацию внешнего поля проводников кабеля полем вихревых токов экрана. Из равенства (6.26) легко найти, что оптимальная конструкция симметричного кабеля с экраном, обеспечивающая минимальное сопротивление цепи, будет при а,/с=0,972. Это означает, что радиус экрана должен быть примерно равен расстоянию между проводниками.

Если проводники кабеля и экран выполнены из меди, как это обычно бывает практически, то формула расчета активного сопротивления Ra, Ом/м, будет следующей: 2,0

1,67- Ю-" Vf

d "2а?

D-a\

D - a\

(6.27)

где £> -диаметр экрана, равный 2с.

Приведенные выше формулы расчета сопротивления симметричных кабелей справедливы при сплошных проводниках и экране. На практике проводники кабеля часто выполняются многопроволочными, а экран представляет собой оплетку. В этом случае, так же как и для коаксиальных кабелей, в расчетные формулы вводятся соответствующие поправочные коэффициенты.

При выполнении проводников симметричного кабеля медными многопроволочными, а экрана - из медной оплетки формулы расчета активного сопротивления, Ом/м, будут следующими:

/?„.э = 1,67-10"" К/ /?э= 1,67-10"К/

- + du 2d

4af РКг £>* - а} J

(6.28)

. (6.29)

Значения коэффициентов Ki и /Сг рекомендуется принимать такими же, как и для коаксиальных кабелей. Значение К\. может быть определено по ф-ле (3.166) без учета последнего члена.

Индуктивность экранированного и неэкранированного кабеля состоит из внешней индуктивности и внутренней индуктивности 2Lj проводников. Кроме того, появляется дополнительная индуктивность, вносимая экраном в цепь передачи. Значение этой индуктивности может быть определено из выражения (2.178) при подстановке соответствующих значений напряженности электрического и магнитного полей. Эта индуктивность будет уменьшать общую индуктивность цепи. Влияние эффекта близости на индуктивность весьма мало, и его можно не учитывать. Таким образом, общая индуктивность экранированного кабеля определяется по формуле

41п«

«1

с2 -а\

liQ{ka)-8

•10"

(6.30)

Для радиочастотных кабелей можно использовать упрощенную формулу

L,= 0,92- 10- Ig

2а, D~a\

(6.31)

{L измеряется в генри на метр).

Емкость экранированного симметричного кабеля может быть рассчитана по формуле

d D + al

(6.32)

где Б - относительная диэлектрическая проницаемость изоляционного материала.

В случае, если изоляционное покрытие не является сплошным, в формулу емкости подставляется эквивалентное значение диэлектрической проницаемости еэ, определяемое таким же способом, как и для коаксиального кабеля.

При многопроволочной конструкции внутренних проводникрв значение диаметров этих проводников следует принимать равным с?э- Если экран кабеля выполнен в виде оплетки, то значение емкости, полученное по ф-ле (6.32), следует уменьшить на 2-3%.

Проводимость изоляции экранированного кабеля G, так же как и неэкранированного, определяется выражением

G = u)Ctg6,

где б - угол диэлектрических потерь изоляционного материала. Для комбинированной изоляции тангенс угла потерь следует определять по ф-ле (3.183).

6.4. РАСЧЕТ ВТОРИЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИММЕТРИЧНЫХ КАБЕЛЕЙ

Вторичные параметры симметричных кабелей (волновое сопротивление Zb, коэффициенты распространения у, затухания а и сдвига фаз р) могут быть определены на основе первичных параметров по ф-лам (2.19) и (2.20). При высоких частотах можно использовать ф-лы (2.23), (2.24) и (2.33). Однако представляет интерес выразить волновое сопротивление и коэффициент затухания через конструктивные характеристики кабеля.

Волновое сопротивление экранированного кабеля при d/Z)<0,2 может быть рассчитано по формуле [3]

-7 120 л , Z,, = ~- Arch

(6.33)

Для случая, когда d/D<0,25 и ai/d<:{l-2d/D), это выражение можно упростить и записать так:

7 276,

D-a\\ D + al

(6.34)

Зависимость волнового сопротивления симметричной экранированной линии от отношения d/a, при различных значениях D/d показана на рис. 6.6.

При комбинированной изоляции кабелей в ф-лу (6.34) вместо Б необходимо подставлять эквивалентное значение диэлектрической проницаемости Бэ. В случае многопроволочной конструкции

Zj; 0,2 ZJJ 0, 0,5 0,В 0,7 0,8 0,9 1,0 d/ai

Рис. 6.6. Зависимость волнового сопротивления симметричного экранированного кабеля от его конструктивных размеров dja,

внутренних проводников и экрана из оплетки формулы для определения волнового сопротивления будут следующими:

7 - 276 , 2а,-d

в.нэ - --7= Ig---

2в.э -

(6.35) (6.36)

db D + a\ j

Значение коэффициента Кз принимается таким же, как и для коаксиального кабеля.

Коэффициент затухания симметричного экранированного кабеля с медными внутренними проводниками и экраном может быть рассчитан по формуле, дБ/м: