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同轴电缆的“信号传输”特性分析(组图)-监控同

浏览次数: 日期:2018-05-15 17:17

  在当今的信息社会,通过同轴电缆传输信号得到了广泛的应用。因此,它有待于人们对它进行更加深入和全面的了解。

  自从美国贝尔实验室1929年发明同轴电缆以来,已经过了数十年历史。在这期间,同轴电缆通过了多次改进。第一代电缆采用实芯材料作为填充介质,由于它对高频衰减大,现在通常主要把它用于传输视频信号。后来人们把聚乙烯采用化学方法发泡作为填充介质。其发泡度可达30%,高频传输特性有所提高。我们把这称为第二代电缆。80年代,第三代纵孔藕芯电缆出现,它的高频衰减达到目前新型电缆的水平。但化学发泡电缆和纵孔藕芯电缆的防潮特性都不好。90年代初,市场推出了物理发泡电缆和竹节电缆。我们称为第四代电缆。竹节电缆虽然能防潮和高频损耗低,但介质具有不均匀性,在高频有反射点。后来无人使用。物理发泡电缆的发泡度可达80%。介质主要成分是氮气,气泡之间是相互隔离的。因此,它具有防潮和低损耗的特点,是目前综合特性最好的同轴电缆。

  同轴电缆的结构如上图,在中心内导体外包围一定厚度的绝缘介质,在介质外是管状外导体,外导体表面再用绝缘塑料保护。它是一种非对称传输线,电流的去向和回向导体轴是相互重合的。

  在信号通过电缆时,所建立的电磁场是封闭的,在导体的横切面周围没有电磁场。因此,内部信号对外界基本没有影响。电缆内部电场建立在中心导体和外导体之间,方向呈放射状。而磁场则是以中心导体为圆心,呈多个同心圆。这些场的方向和强弱随信号的方向和大小变化。

  同轴电缆在传输信号过程中,会对信号不断地损耗,从而造成信号到达终点后幅度减小,有时可能达不到正常工作要求。影响信号损耗的因素主要有电缆的电阻损耗、介质损耗、失配损耗。同时泄漏损耗在低质电缆工作于高频时,也是一个不可忽略的问题。我们下面分别对这些损耗进行分析。

  电阻损耗是电缆所具有的直流电阻和导体高频感应所产生的涡流对信号能量的消耗。电阻值的大小与电缆使用的材料和生产工艺有关。同时它会随传输频率的改变而改变,原因是导体在传输交流信号中,具有趋肤效应。随着频率的增加,有效电阻会不断加大。见图2(a)

  从图中可看到,当交流电流流通过导体时,会在导体周围产生交变磁场。该磁场又会使导体内部生成新的感应电流(涡流),该电流的方向如图所示。它与导体中心的信号电流方向相反。与导体表面的信号电流方向相同。这样,导体内部的信号电流被反向涡流抵消,电流减小;导体表面的信号电流与同向涡流相加同,电流增大。这就是交流通过导体的趋肤现象。

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