Учебное пособие: Методические указания и контрольные задания по курсу направляющие системы электросвязи для студентов-заочников 4 курса (специальность 200900) Москва 2008
Название: Методические указания и контрольные задания по курсу направляющие системы электросвязи для студентов-заочников 4 курса (специальность 200900) Москва 2008 Раздел: Остальные рефераты Тип: учебное пособие | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский технический университет связи и информатики Кафедра линий связи Методические указания и контрольные задания по курсу НАПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ для студентов-заочников 4 курса (специальность 200900) Москва 2008 План УМД 2009/2010 уч.г. Методические указания и контрольные задания по курсу НАПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ Составители: В.Г.Панкратов, доктор техн.наук, профессор Б.Н.Морозов, канд.техн.наук, доцент Даются рекомендации по изучению разделов курса, тематика лекций, упражнений и лабораторных работ, задания и методика выполнения контрольной работы. Переработка Протокол заседания кафедры № от ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ Настоящие методические указания предназначены для оказания помощи студентам 4 курса заочного факультета АЭС МТУСИ в самостоятельном изучении курса НСЭС. В этом курсе рассматриваются теоретические и практические вопросы построения первичных городских, сельских и междугородных сетей связи, принципы расчета параметров воздушных линий связи, электрических и оптических кабелей, а также правила строительства и эксплуатации линейных сооружений связи. При изучении используются изложенный ранее в курсах ТЛЭЦ и ТПС материал и даваемые вначале основные сведения из курса ТЭД. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Основная 1. Гроднев И.И., Верник СМ., Кочановсний Л. Н. Линии связи. - М.: Радио и связь, 1995. - 489 с. 2. Вольман В.И., Пименов Ю.В. Техническая электродинамика. – М.: Связь, 1971. - 488 с. Дополнительная 3. Барон Д.А. и др. Справочник строителя кабельных сооружений связи. - М.: Связь, 1979. - 704 с. 4. Панкратов В.Г., Морозов В.Н., Кулешов В.Н., Седов В.М. Линии связи. Ч. 1: Параметры передачи и техническая электродинамика/ВЗЭИС. - М., 1986. - 64 с. 5. Панкратов В.Г., Морозов Б.Н., Калюжный В.Ф. Влияния в линиях связи/ ВЗЭИС. -М., 1987. - 70 с. 6. Портнов Э.Л. Электрические кабели связи на сети России: Учебное пособие.-М., 2003. 7. Соколов С.А. Конспект лекций по курсу «линии связи» - М.,2002. 8. Ксенофонтов С.Н. Портнов Э.Л. Направляющие системы электросвязи: Сборник задач.- М.,2004. 9. Соколов С.А., Зубилевич А.Л. Современное оптическое волокно: Учебное пособие.- М.,2002. 10. Андреев В.А., Портнов Э.Л., Кочановский Л.Н. Направляюще системы электросвязи. Учебнике для вузов на электронных носителях. –М.,2008.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАЗДЕЛАМ ПРОГРАММЫ КУРСА Введение Рассмотреть краткий обзор и этапы развития линейных сооружений связи, роль и значение проводной связи в системе связи страны, основные требования к современный линиям связи. [1, с. 4, 5, 14-17, 22-23]. Раздел 1. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И зучить тенденции развития современной электрической связи в России и за границей: перспективы создания ВСС - Взаимоувязанной сети связи России (ранее ЕАСС), частотные и временные системы передачи по линиям связи: требования, предъявляемые современной многоканальной и автоматической связью к направляющим системам; направляющие системы передачи, их частотные диапазоны и назначения; место применения различных направляющих систем в ВСС. [1, с. 6-13]. Вопросы для самопроверки 1. Основные направления развития и типы современных линий проводной связи на междугородных, городских и сельских сетях связи. 2. Основные задачи и принципы построения ВСС (виды связи, средства связи и каналы в ВСС). Раздел 2. ПОСТРОЕНИЕ СЕТЕЙ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ Изучить общие принципы построения ВСС, структуру магистральной сети страны; типы направляющих систем междугородной связи и систем передачи; принципы построения сетей зоновой связи; направляющие системы зоновой связи. Изучить такте принципы построения городских телефонных сетей и организацию межстанционной связи; системы построения сетей абонентских линий; телефонную связь с помощью частотной и импульсной аппаратуры; направляющие системы РТС; принципы организации сельской телефонной связи; связь общего пользования и внутрипроизводственную телефонную связь колхозов, совхозов и предприятий сельских районов; направляющие системы и аппаратуру уплотнения на СТС. [1, с. 23-33]. Вопросы для самопроверки 1. Принципы построения сетей междугородной связи в России. 2. Принципы построения сетей ГТС. 3. Система построения абонентских линий ГТС. 4. Кабельные и воздушные линии внутриобластной связи (типы и особенности конструкции, частотный диапазон использования, аппаратура уплотнения). Раздел 3. КОНСТРУКЦИИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИНИЙ СВЯЗИ Изучить конструкции воздушных и кабельных линий связи, а также оптических кабелей. Наряду с линиями рассматриваются распределительные устройства, арматура, линейные сооружения и дается сравнение направляющих систем. Особое внимание должно быть уделено рассмотрению городских кабелей, современных высокочастотных кабелей коаксиальной и симметричной конструкций, применяемых на сетях городской и сельской телефонной связи. [1, с. 33-85]. Вопросы и задачи для самопроверки 1. Кабели ГТС (характерные особенности конструкции, материалы проводов и изоляции, скрутка, повивы). 2. Кабели сельской связи (характерные особенности конструкции, частотные диапазоны использования, системы уплотнения). 3. Коаксиальные кабели на междугородных линиях связи (типы и конструкция, частотный диапазон использования, системы уплотнения) . 4. Симметричные кабели для междугородной связи (конструкции, частотны;! диапазон использования, системы уплотнения). 5. Воздушные линии связи (типы линий, диапазон использования цепей, системы уплотнения). 6. Конструкции волоконных (оптических) кабелей и возможности их уплотнения. 7. Рассчитать внешний диаметр кабеля МКТСГ-4 с толщиной трубчатого проводника 0,1 мм, поясная изоляция выполнена из двух полиэтиленовых лент толщиной каждая по 0,15 мм, толщина свинцовой оболочки 2 мм. Раздел 4. ЭЛЕКТРОДИНАМИКА НАПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ Изучить классификацию сред и их параметры. Основные сведения теории электромагнитного поля, уравнения Максвелла, волновое уравнение в цилиндрической системе координат, решение волнового уравнения применительно к линиям связи. Использование граничных условий для нахождения постоянных интегрирования, изучение законов отражения и преломления электромагнитного поля на границе двух сред, принцип сохранения энергии электромагнитного поля, потери энергии. Необходимо разобраться в классификации электромагнитных волн и теории направляющих систем.[l, с. 85-124; Z, с. 25-39, 58-63; 4, с. 4-12]. Вопросы и задачи для самопроверки 1. Определение понятия электромагнитного поля. 2. Уравнения Максвелла и их смысл. 3. Баланс мощностей, теорема Умова-Пойнтинга. 4. Фазовая и групповая скорости распространения электромагнитных волн. 5. Условия на границе раздела двух сред. 6. Определить тип материала (проводник или диэлектрик) на частоте 1 МГц, если относительная диэлектрическая проницаемость 20, удельная проводимость 0,01 См/м. 7. Под каким углом к поверхности раздела стекло-воздух надо направлять луч света, чтобы получить режим поверхностной волны, относительная диэлектрическая проницаемость стекла 2,3? 8. Определить напряженности магнитного и электрического полей в точке, расположенной посередине зазора между проводниками в кабеле КМБ-4, если ток во внутреннем проводнике 1 мА. 9. Чему равно действующее значение вектора Пойнтинга в вакууме, если напряженность электрического поля 5 мВ/м? Раздел 5. ТЕОРИЯ НАПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ СВЯЗИ На основе решения уравнений Максвелла рассмотреть общую теорию распространения энергии по различным типам линий передачи. Расчетные формулы параметров передачи коаксиальных и симметричных кабелей и воздушных линий связи. Частотная зависимость первичных и вторичных параметров передачи цепей связи. Рассмотреть электрические процессы в коаксиальных и симметричных цепях и влияние конструктивных неоднородностей на качество высокочастотной телефонной связи и телевизионной передачи. Изучить теорию распространения электромагнитных волн по оптическим и сверхпроводящим кабелям, по волноводам, а также по кабелям связи с искусственно увеличенной индуктивностью. Сравнить различные направляющие системы. [1, с. 125-237; 2, с. 239-256; 4, с. 24-59]. Вопросы и задачи для самопроверки 1. Исходные положения расчета направляющих систем связи. 2. Основные параметры передачи направляющих систем связи: α, β, fо, Λ, υ. 3. Расчет электрических параметров симметричных и коаксиальных кабелей связи. 4. Типы волн, передаваемых по направляющим системам, структура поля. 5. Оптические кабели, типы волн и принцип расчета электрических параметров. 6. Структурная схема ВОЛС. 7. Рассчитать отношение внутренней и внешней индуктивностей кабеля КМБ-4 на частоте 8,5 МГц. 8. Во сколько раз активное сопротивление цепи кабеля КМБ-4 меньше, чем у кабеля МКТСБ-4? 9.Рассчитать рабочую емкость коаксиальной цепи кабеля КМБ-4, если полиэтиленовые шайбы с ε = 2,5 и толщиной 2,2 мм расположены с интервалом 25 мм. 10. Рассчитать рабочую емкость симметричного кабеля парной скрутки, если диаметр жил 0,5 мм, полиэтиленовая сплошная изоляция толщиной 0,2 мм, поправочный коэффициент Ψ = 0,6. 11. Рассчитать скорость распространения волны в кабеле МКСБ-4х4, если рабочая емкость 25 нФ/км. 12. Рассчитать сопротивление цепи НЧ симметричного кабеля длиной 2 км на частоте 10 кГц с учетом поверхностного эффекта, диаметр медной жилы 0,5 мм, 13. Рассчитать α для кабеля МКСБ-4х4, если f = 250 кГц, R = 100 Ом/км, L= 0,8 мГн/км, tg δ = 12∙10-4. 14. Чему равна глубина проникновения поля в медный проводник на частоте 100 кГц, во сколько раз она изменится при увеличении частоты в 100 раз, чему равен коэффициент затухания на этих частотах? 15. Рассчитать диаметр сердцевины одномодового световода, если λ=0,85 мкм, диэлектрическая проницаемость сердцевины 2,25, оболочки - 2,1. 16. Определить числовую апертуру световода, если диэлектрическая проницаемость сердцевины 2,5, относительная разность коэффициентов преломления сердцевины и оболочки 0,05. 17. Рассчитать нормированную частоту световода с диаметром сердцевины 5,2 мкм и коэффициентом ее преломления 1,53, относительная разность коэффициентов преломления сердцевины и оболочки 0,03, длина волны 1,3 мкм. 18. Во сколько раз уменьшится напряжение в конце цепи длиной 8 км, если α= 5 дБ/км? Раздел 6. ВЗАИМНОЕ ВЛИЯНИЕ В ЛИНИЯХ СВЯЗИ Рассмотреть общую теорию взаимного влияния цепей воздушных линий и симметричных кабелей. Изучить особенности и природу влияния между коаксиальными кабельными цепями и оптическими кабелями. Косвенные влияния. Способы защиты от взаимных влияний цепей связи (скрещивание цепей, симметрирование). [1, с. 237-309; 5, с. 3-48] . Вопросы и задачи для самопроверки 1. Схема взаимного влияния между цепями и параметры влияния. 2. Причины взаимного влияния между цепями в симметричных и коаксиальных кабелях связи и способы защиты от этих влияний. . Влияние в оптических кабелях связи. 4. Рассчитать величину переходного затухания на ближнем конце строительной длины симметричного кабеля, если электромагнитная связь на ближнем конце 0,002 1/сд. 5. Рассчитать коэффициент затухания кабеля КМБ-4, если переходное затухание на дальнем конце усилительного участка длиной 6 км равно 140 дБ, а защищенность равна норме. 6. Рассчитать электромагнитные связи на ближнем и дальнем концах строительной длины симметричного кабеля на частоте 250 кГц, если волновое сопротивление 175 0м, электрическая связь 15 пФ/сд, соотношение активных и реактивных составляющих связей 20%. 7. Рассчитать сопротивление третьей промежуточной цепи, составленной из двух одинаковых несоприкасающихся коаксиальных пар, если сопротивление внешнего проводника одной пары на частоте 1 МГц равно 2 кОм/км, а внешняя индуктивность цепи 1 мГн/км, длина цепи 0,5 км. 8. Рассчитать отношение электромагнитных связей на ближнем и дальнем концах строительной длины ВЧ симметричного кабеля, если его волновое сопротивление - типовое, электрическая связь 6 мкСм/сд, магнитная связь 0,2 Ом/сд. Раздел 7. ЗАЩИТА С0ОРУ1ЕНИЙ СВЯЗИ ОТ ВНЕШНИХ ВЛИЯНИЙ И КОРРОЗИИ Рассмотреть источники опасных и мешающих влияний на линии связи (ЛЭП, ЭНЩ, атмосферное электричество, передающие радиостанции) . Изучить теорию электромагнитного влияния высоковольтных установок и мероприятия по защите воздушных и кабельных линий связи от индуктируемых высоких напряжений и сильных токов (разрядники, предохранители, экраны, экранирующие цепи, заземление). Причины коррозии, ее виды и методы оценки коррозионного состояния оболочек кабелей, а также меры защиты от межкристаллитной, почвенной и электролитической коррозии с учетом допустимых величин потенциалов и токов. [1, с. 310-369; 5, с. 42-63]. Вопросы для самопроверки 1.Влияние соседних электрических систем (ЭЖД, ЛЭП, радиостанций) и меры защиты. 2.Защита кабелей связи от грозовых разрядов. 3. Коррозия кабельных оболочек, виды коррозии и меры защиты. Раздел 8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ-СЕТЕЙ СВЯЗИ Рассмотреть принципы построения магистральных, зоновых, городских и сельских телефонных сетей. Уделить внимание проектированию городских, сельских телефонных сетей и линий ВРС с выбором емкости и места установки шкафов; определить наивыгоднейшее место размещения АТС; распределить затухание по участкам абонентской линии. Рассмотреть основные положения по проектированию воздушных и кабельных линий с расчетом числа каналов на соединительных линиях, расстановкой усилительных пунктов, электрическим расчетом линий, защитой линии от внешних влияний и т.д. [1, с. 24-33, 370-395]. Вопросы для самопроверки .Основные положения по проектированию ГТС (выбор места расположения станций, шкафов, типа усилителей и системы уплотнения, нормы распределения затухания). 2. Основные положения, по проектированию сети СТС (особенности, типы усилителей и системы уплотнения, нормы затухания участков сети). Раздел 9. СТРОИТЕЛЬСТВО ЛИНЕЙНЫХ СООРУЖЕНИЙ СВЯЗИ Изучить вопросы строительства и монтажа воздушных и кабельных линий связи, а также волноводов и оптических линий. Применение машин и комплексной механизации линейно-кабельных работ. Рассмотреть вопросы монтажа и симметрирования кабельных линий, устройства колодцев и канализации сетей ГТС и СТС и др. Оборудование для строительства линий, а также методы строительства линий изучаются в лабораториях. [1, с. 395-454]. Вопросы для самопроверки 1. Прокладка и монтаж городских кабелей (способы прокладки, способы сращивания жил, монтаж металлических и пластиковых оболочек, оконечные устройства). 2. Оконечные устройства на кабельных линиях (типы кабельных боксов на ГТС и междугородных симметричных и коаксиальных кабелях, устройство вводов кабелей в НУП и ОУП). Раздел 10. ОСНОВУ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛИНЕЙНЫХ СООРУЖЕНИИ СВЯЗИ Рассмотреть вопросы эксплуатационного обслуживания линий связи, периодических измерений и содержания кабелей под давлением. Современные методы определения места и характера повреждений линий связи, включая импульсные методы измерения линий. Рассмотреть организацию аварийной службы и методы быстрого восстановления поврежденных участков линии. По литературе и в лаборатории изучаются вопросы контроля за работой линейных сооружений и техники безопасности. Рассмотреть параметры надежности кабелей связи, методику испытаний кабеля на надежность.[1, с. 454-483]. Вопросы для самопроверки 1. Организация эксплуатации городских кабельных линий (задачи эксплуатации). 2. Электрические измерения линий связи в процессе эксплуатации (виды измерений постоянным и переменным током, методы определения повреждений). 3. Содержание кабелей связи под избыточным газовым давлением (назначение, эффективность, основные полонения: участки, способы поддержания избыточного давления, методы контроля герметичности оболочек к определения мест негерметичности). 4. Повышение надежности кабельных линий (основные факторы, влияющие на надежность работы кабельных линий; основные причины повреждения кабеля и меры их предупреждения; повышение надежности за счет содержания кабелей под избыточным газовым давлением) 5. Рассчитать вероятность безотказной работы линии связи за время наработки на отказ, поток отказов 20,2∙10-4 1/ч, время восстановления 5 час, коэффициент готовности 0,99. СОДЕРЖАНИЕ ОБЗОРНЫХ ЛЕКЦИЙ И ТЕМЫ ДЛЯ САИОСТОЯТЕЛЬНОЯ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ (СРС) Лекция 1 (2 ч). Современная электрическая связь. Понятие о направляющих системах (НС) и их сравнение. Требования к НС . [1, с. 6-23; 4, с. 3-4, 20-24] . Тема СРС: конструкции и электрические характеристики кабелей связи. [1, с. 33-74, 125-167; 4, с. 33-36, 43-48]. Лекция 2 (2 ч). Сети электросвязи и принципы их построения. Абонентские линии ГТС .[1, с. 23-33]. Тема СРС: кабельная арматура и канализация. [1, с. 409-444]. Лекция 3 (2 ч). Конструкции и электрические характеристики оптических кабелей. [1, с. 74-35, 167-213; 4, с. 54-63]. Тема СРС: оптические системы передачи.[1, с. 202-213; 4, с. 54-55] . Лекция 4 (2 ч). Электродинамика НС. Уравнения Максвелла. [1, с. 85-90; 2, с. 25-39, 53-53; 4, с. 4-9]. Тема СРС: граничные условия для векторов электромагнитного поля. Явления на границе двух сред. [1, с. 91-95; 2, с. 40-51, 192-200]. Лекция 5 (2 ч). Волновые уравнения. Энергия электромагнитного поля. [1, с. 87-99; 2, с. 52-57, 75-77; 4, с. 11-12]. Тема СРС: классификация направляемых электромагнитных волн. Структура поля в симметричных, коаксиальных, оптических кабелях и волноводах. [1, с. 99-101; 2, с. 25-86; 4, с. 25-27]. Лекция б (2 ч). Электрические процессы в кабельных цепях. Уравнение однородной цепи. Первичные и вторичные параметры передачи и их частотная зависимость. [1, с. 113-120, 133-161; 4, с. 27-31, 38-43, 49-54]. Тема CPG: кабели с искусственно увеличенной индуктивностью, сверхпроводящие кабели и волноводы.[1, с. 161-167, 213-234; 2, с. 259-291; 4, с. 31-32]. Лекция 7 (2 ч). Взаимное влияние между цепями. Схемы и параметры влияния. Нормы на переходные затухания.[1, с. 237-258, 286-288; 5, с. 3-15, 19-21]. Тема СРС: особенности влияния между коаксиальными цепями. Косвенные влияния. [1, с. 258-265; 5, с. 15-19]. Лекция 8 (2 ч). Меры защиты от взаимных влияний. Скрещивание и симметрирование.[1, с. 271-309; 5, с. 21-39]. Тема СРС: экранирование кабелей.[1, с. 342-356; 5, с. 39-42] .Лекция 9 ( 2ч). Влияние внешних полей на цепи связи. Источники влияний. Опасные и мешающие влияния и их оценка. [1, с. 310-330; 5, с. 42-54]. Тема СРС: меры защиты от внешних влияний. Коррозия и меры защиты. [1, с. 330-341, 356-369; 5, с. 54-67]. Лекция 10 (2 ч). Принципы проектирования строительства и эксплуатации линейных сооружений и их надежность. [1, с. 370-463, 477-483]. Тема СРС: электрические измерения линий связи. [1, с. 463-477]. СОДЕРЖАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ Лабораторная работа № 1-м (2 ч). Изучение конструкций кабелей связи и типов кабельной арматуры. Лабораторная работа № 1-0-м (2 ч). Исследование конструкций оптических кабелей и волокон. Лабораторная работа № 2-0-м (2 ч). Монтаж и прокладка оптических кабелей связи. Лабораторная работа № 3-0-и (2 ч). Измерение апертуры и потерь в соединениях строительных длин оптических кабелей. Лабораторная работа № 9-и (2 ч). Распределительное устройство ГТС. Лабораторная работа № 7-и (2 ч). Симметрирование ВЧ кабельных цепей прибором ЕИЗ-600. Лабораторная работа № 3 (2 ч). Испытание устройств и схем защиты установок связи от опасных и мешающих влияний. Лабораторная работа № 15-и (2 ч). Содержание кабелей под газовым давлением. УПРАЖНЕНИЯ 1. Решение задач по разделу "Электродинамика направляющих систем" (2 ч). [, с. 85-124]. 2. Расчет параметров передачи цепи симметричного кабеля (2 ч), [1, с. 148-161] 3. Расчет параметров передачи оптического кабеля (2 ч). [1, с. 167-213]. 4. Расчет параметров влияния цепей симметричного кабеля (2 ч) [1, с. 239-261]. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ Общие указания Контрольная работа (КР) содержит четыре задачи, охватывающие наиболее важные разделы курса. Исходные данные для решения задач приведены в табл. 1-7. Выбор варианта провести по двум последним цифрам номера студенческого билета. Выполненную КР представить в ЦОКР МТУСИ для рецензирования не менее, чем за 40 дней до начала лабораторно-экзаменационной сессии. Незачтенную КР исправить согласно рецензии и повторно представить на рецензия. Зачтенную КР предъявить на экзамене для собеседования. Консультации можно получить на кафедре линий связи, тел. 957-77-33. Задача 1 Расчет выполнить для двух пунктов задания, номера которых указаны в табл. 1. 1. Определить емкость симметричной цепи длиной 1 км, находящейся в среде с диэлектрической проницаемостью ε0 , если диаметр проводников в , а расстояние между их осями а. 2.Определить напряженность магнитного поля Н в точке, расположенной на расстоянии b от центра проводника с диаметром в , по которому протекает постоянный ток I 3. Определить тип материала (проводник, полупроводник, диэлектрик), если его удельная проводимость σ , относительная диэлектрическая проницаемость ε. Частота сигнала f. 4. При каком условии будет происходить полное внутреннее отражение луча света от границы раздела сред, если относительная диэлектрическая проницаемость первой ε1 , второй - ε2 ? 5. Определить угол поворота вектора напряженности электрического поля Е при переходе из среды с ε1 в среду с ε2 , если в первой среде вектор Е составляет угол φ = 50° с нормалью к плоскости раздела. 6. Плоская электромагнитная волна с частотой f распространяется в неограниченной среде с параметрами μ0, ε, σ. Определить фазовую скорость и коэффициент затухания волны. 7. Определить напряженности магнитного и электрического полей в точке, расположенной посередине зазора между проводниками в коаксиальном кабеле, если диаметр внутреннего проводника d1 , внутренний диаметр внешнего проводника d2, ток во внутреннем проводнике I , относительная диэлектрическая проницаемость изоляции ε. 8.Определить среднее значение вектора Пойнтинга для плоской электромагнитной волны, распространяющейся в неограниченной среде с параметрами ε, μ0, σ = 0. Амплитуда напряженности электрического поля волны равна Em. 9. По направляющей системе распространяется волна типа Еmn. Определите ее критическую длину, если фазовая скорость данной волны в k раз превосходит фазовую скорость волны в неограниченной среде, а длина волны генератора составляет λ . Пример: последние цифры номера студенческого билета 84. По табл. 1 находим, что расчету подлежат два пункта задания: 1 и 7. Для выполнения п. 1 в табл. 1 приведены данные: d= 2 мм; а= 20 мм. Для выполнения п. 7 в табл. 1 приведены данные: d1 = 1,2 мм; d2= 4,6 мм; I = 18 мА; ε= 1,2. Величины ε0 и μ0„ имеют постоянные значения. При решении отдельных вопросов данной задачи следует использовать соответствующие главы: 1, 2, 3, 13 и §§ 4.5, 6.7, 7.3, 7.6, 9.2, 10.4, 13.6, 14.4 [2] . Задача 2 Рассчитать первичные и вторичные параметры передачи симметричной кабельной цепи звездной скрутки, расположенной в первом повиве симметричного кабеля. Построить графики частотной зависимости параметров передачи в заданном диапазоне и дать их анализ. Методические указания к решению задачи 2 Исходные данные приведены в табл. 2-5. Расчет параметров передачи выполнить на частотах, указанных в табл. 3, в зависимости от заданного значения верхней частоты в табл. 4. Величины ε и tgδ указаны табл. 2. Если расчетная частота отличается от частоты в табл. 2, то следует применить линейную интерполяцию для определения tgδ. Пример. Для кордельно-бумажной изоляции определить tgδ на частоте f2 =40 кГц. Построив график по данным табл. 2, будем иметь tgδ =71,5∙10-4 . Расчет первичных ( R , L , С , G ) и вторичных ( α, β, Zв, υф ) параметров передачи надлежит выполнить по формулам, приведенным в §§ 5.2, 4.13 [1]. Следует использовать также табл. 3.3, 4.6, 5.7 и 5.8 [1] . В табл. 4.6 [1] неверно приведена формула для α при R(/ωL) >5. Формула для α в данном случае должна иметь вид: Для вычисления R к L следует использовать функции F(кг) , G( кг) , Н(кг) , Q(кг), значения которых указаны в табл. 5.1 [1] . Если величины кг не совпадают с приведенными в этой таблице, то надо применить линейную интерполяцию. В табл. 5.1 [1] неверно указаны значения Q.( кг) при кг = 1,5 и 3,0. Должно быть так: Q (1,5) = 0,987; Q (3,0) = 0,845. Сопротивление постоянному току одной жилы где ρ - удельное сопротивление: для меди оно равно 17,5 Ом-мм2 /км, для алюминия - 28,2 Ом ∙мм2 /км; d - диаметр голой жилы, мм. Величина , a расстояние между центрами жил (по диагонали звездной четверки) - определяется по формуле a = 1,41d1 , где в - диаметр одной изолированной жилы, определяемый по формулам: для кордельно-бумажной и кордельно-полистирольной изоляции d1=d+2dk+2∆л, для сплошной полиэтиленовой изоляции - d1= d+2∆ . В этих формулах dk - диаметр корделя, ∆л - толщина ленты, ∆ - толщина слоя изоляции. Сопротивление цепи рассчитать по формуле (5.54) [1] и прибавить еще два сопротивления, обусловленных потерями на вихревые токи в жилах сменных четверок и металлической оболочке кабеля. Каждое из этих дополнительных сопротивлений рассчитать по формуле где RMT - берется в зависимости от числа четверок в кабеле и соответственно роду потерь [1, табл. 5.7J; f - расчетная частота, Гц. Для учета дополнительных потерь на вихревые токи в жилах смежных четверок значения Rмт для медных жил берутся непосредственно из табл. 5.7 [1] по столбцам "повивы смежных четверок", а для алюминиевых жил - значения, указанные в столбцах, надо умножить на 1,28. Для учета дополнительных потерь в металлической оболочке кабеля значения RMT - берутся из табл. 5.7 [1]: для свинцовой оболочки по средним трем столбцам, для алюминиевой оболочки по последним трем столбцам. Пример. Дана цепь в звездной четверке, расположенной в первом повиве семичетверочного кабеля с алюминиевыми жилами и алюминиевой оболочкой. Определить дополнительные сопротивления цепи при f = 250 кГц. Решение. Дополнительное сопротивление из-за потерь в смежных четверках из алюминия из-за потерь в оболочке из алюминия Общее дополнительное сопротивление потерь Rм =11,9 + 0,67 = 12,57 Ом/км. Индуктивность цепи L рассчитать по формуле 5.65 [1], где функция Q(кг) приведена в табл. 5-1 [1]. Емкость цепи С рассчитать по формуле 5,68 [1], где величину Ψ определить по Формуле на с. 157 [1] для звездной скрутки, а величину d3 взять из табл. 3.3 [1] , Проводимость изоляции G рассчитать по формуле 5.69 [1] . Вторичные параметры передачи рассчитать по формулам, приведенным в табл. 4.5 [1] для высоких частот. Коэффициент затухания выразить в дБ/км. Скорость распространения энергии рассчитать по формуле 4.42 [1]. Подставлять в эти формулы величины R , L , С , G соответственно в Ом/км, Гн/км, Ф/км, См/км. В окончательных ответах использовать дольные приставки, например, мГн/км, нФ/нм. Задача 3 Рассчитать параметры взаимного влияния симметричного кабеля. Исходные данные: коэффициент затухания α взять из предыдущего расчета задачи 2 на наивысшей частоте заданного диапазона в табл. 3; энергетический потенциал аппаратуры условно принять S =50дБ. Методические указания к решению задачи 3 Расчет параметров взаимного влияния проводить на наивысшей частоте заданного диапазона в табл. 3 по (6-27), Сб.28) в [1], которые можно преобразовать к виду: где α - в дБ/км; l=s/α - длина усилительного участка, км. Электрическую и магнитную связи рассчитать по (6.1), (6.2) в [1], в которых соотношения активных и реактивных связей взять из [1, с. 252]. Емкостную связь k1, принять равной k1 = k/4, где по ТУ К = 15 пФ/км. Магнитную связь определять из выражения m1 /k1 = z2в Коэффициенты электромагнитной связи на ближнем и дальнем концах рассчитывать по формулам на с. 249 в [1] , полагая цепи одинаковыми: Zв 1 = Zв2 = Zв. В приближенных расчетах можно использовать упрощенные формулы для Сравнить полученные результаты расчета с нормами [1, табл. 6.3]. Если расчетные величины меньше нормы, то рекомендовать меры по доведению параметров до нормы [1, § 6.9]. Задача 4 Рассчитать передаточные характеристики оптического кабеля из стекловолокна: соотношение коэффициентов преломления ∆; число мод, распространяющихся в световоде N; нормированную частоту ν; критическую частоту fo и критическую длину волны λo ; коэффициент поглощения в световоде α ', волновое сопротивление Zв ; фазовую скорость υф . Заданы коэффициенты преломления материала сердцевины n1, рабочая длина волны λp в мкм, тангенс угла диэлектрических потерь материала сердцевины tgδ1 , разность показателей преломления материалов сердцевины и оболочки ∆n= n1- n2 диаметр сердцевины dc в мкм, тип волны (мода). Построить графики частотной зависимости α, Zв, υф. Вычертить поперечный разрез оптического кабеля с указанием его конструктивных элементов в масштабе 5:1, указать его марку. Методические указания к решению задачи 4 Исходные данные приведены в табл. 6, 7. Для решения задачи использовать § 5.4 [1]. Критическую частоту волоконного световода рассчитать по формуле где pnm - значение корня функции Бесселя берется из табл. 5.11 [1] для заданной моды; С - скорость света, м/с. Коэффициент затухания на поглощение в сердцевине световода рассчитать по формуле Суммарный коэффициент затухания с учетом потерь на рэлеевсное рассеяние и кабельных потерь где kp= 1,5 дБ-мкм4 /км - коэффициент рассеяния, λp берется в мнм, λк = 0,1 - 0,2 дБ/км. Фазовую скорость υф и волновое сопротивление zв рассчитать по формулам: Расчетные частоты принять следующими: f=fo ; 1,25fo; 1,5fo; 1,75fo; 2fo Таблица 1
Таблица 2
Таблица 3
Таблица 4
Условные обозначения: кб - кордельно-бумажная изоляция, кп - кордельно-полистирольная изоляция, сп - сплошная полиэтиленовая изоляция. Таблица 5
Условные обозначения: м - медная жила, а - алюминиевая жила или оболочка, с - свинцовая оболочка. Таблица 6
Таблица 7
Таблица 8 Бюджет времени в часах для изучения курса
Курс изучается на 8 семестре, предусматривается прослушивание лекции, выполнение лабораторных работ, написание одной контрольной работы и сдача зачёта. ПРИЛОЖЕНИЕ ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ по контролю остаточных знаний по дисциплине « Направляющие системы электросвязи» Раздел 1 1 Сверхпроводящие линии связи работают в диапазоне частот: до 103 Гц;до 106 Гц;до 109 Гц;до 1012 Гц 2 Коаксиальные линии связи работают в диапазоне частот: до 106 Гц; до 108 Гц; 1012 Гц;1015 Гц 3 Симметричные кабельные линии связи работают в диапазоне частот: до 106 Гц; 108 Гц; 1012 Гц; 1015 Гц 4 Волноводные линии связи работают в диапазоне частот: 5 Волоконно-оптические лини связи работают в диапазоне частот: 1010 -1012 Гц;1012 -1014 Гц;1014 -1015 Гц. 6 При передаче сигналов в одной полосе частот используется: двухпроводная схема организации связи;четырехпроводная схема организации связи; однопроводная схема организации связи 7 Двухкабельная система передачи организуется при работе по симметричным кабелям;коаксиальным кабелям;волноводам; сверхпроводящим кабелям;оптическим кабелям… Раздел 2 1. Полносвязная схема построения сети: сама дешевая;оптимальная по цене;самая дорогая;наиболее доступная 2. Магистральная сеть соединяет: центры зон;крупные города; крупные поселки;различные населенные пункты 3. Внутризоновая сеть соединяет: центры зон с крупными городами;центры зон;крупные поселки; различные населенные пункты 4. Местная сеть включает: сельскую и городскую связ;соединения между центрами зон; соединения между крупными городами Раздел 3 1. Симметричные кабели маркируются как … МКС; КМ; МКТ; ВКПАП, ОКЛ 2. Коаксиальные кабели маркируются как … МКС; КМ; ТПП; ТЗГ, ОКЛ 3. Кабели сельской связи маркируются как … МКС; КМ; КСПП; МКТ; ВКПАП, ОКЛ 4 Кабели городской сети маркируются как… КМ; МКТ; ВКПАП; ТПП , ОКЛ . 5 Число четверок в симметричном магистральном кабеле записывается виде … 4х4; 10х2; 100х2; 600х2; 8/6, 4/4 6. Число коаксиальных пар в коаксиальном кабеле записывается как … 8/6; 4х4; 10х2; 600х2 7. Число пар в симметричном городском кабеле записывается в виде … 8/6; 4х4; 10х2; 6/4 8. Для симметричных магистральных кабелей типа МКС применяется скрутка… парная;звездная ;двойная парная;двойная звездная;восьмерочная 9. Для симметричных кабелей типа ТПП применяется скрутка… парная; звездная;двойная парная;двойная звездная;восьмерочная 10. На магистральных оптических кабелях (ОК) используются … многомодовые оптические волокна (ОВ) ; одномодовые ОВ;маломодовые ОВ 11. На подводных магистралях применяются ОК … с одномодовыми ОВ ; с многомодовыми ОВ;с маломодовыми ОВ 12 ОВ работает в диапазоне … 109 -1011 Гц; ц;; 1014 -1015 Гц; 1015 -1017 Гц 13. Профилем показателя преломления является зависимость показателя преломления … от длины волны; от радиуса; от механического воздействия ;от частоты Раздел 4. 1. Поверхностный эффект в проводниках определяется неравномерным распределение плотности тока по сечению проводника, при этом глубина проникновения тока пропорциональна … ;¦; ¦2 ; ¦3 ; ¦4 , где ¦- частота тока 2. Параметр R определяется потери энергии… в проводах; в изоляции,в открытом пространстве 3. Параметр G определяет потери энергии… тепловые в проводах;в изоляции,.в открытом пространстве 4. Коэффициент затухания возрастает с ростом частоты пропорциональной… ¦; ¦2 ; ;¦3 ; ¦4 5. Волновое сопротивление изменяется с ростом частоты: уменьшается, возрастает,остается постоянным;колеблется Раздел 5 1. Распределение плотности тока на внутреннем проводнике коаксиальной цепи определяется … температурой среды;материалом изоляции;поверхностным эффектом; эффектом близости 2. Сопротивление внутреннего проводника коаксиальной цепи изменяется с ростом частоты пропорционально … ; ¦2 ; ¦3 ; ¦4 ; 3 Индуктивность внутреннего проводника коаксиальной цепи изменяется с ростом частоты пропорционально… ; ¦2 ; ¦3 ; ¦4 ; 4. Сопротивление внешнего проводника коаксиальной цепи с ростом частоты … уменьшается;увеличивается,. остается неизменным ;изменяется случайным образом 5. Индуктивность внешнего проводника коаксиальной цепи изменяется с частотой пропорционально … ;; f; ¦2 ; ¦3 ; ¦4 6. С увеличением соотношения между внешним и внутренним проводниками коаксиальной цепи индуктивность цепи … уменьшается; увеличивается; остается неизменной;изменяется случайным образом 7. С увеличением соотношения между внешним и внутренним проводниками коаксиальной цепи емкость цепи … уменьшается; увеличивается; остается неизменной;изменяется случайным образом 8. Коэффициент затухания коаксиальной цепи изменяется пропорционально с частотой … ; ; f; ¦2 ; ¦3 ; ¦4 9. Скорость распространения сигналов по коаксиальной цепи с частотой … увеличивается; уменьшается; остается неизменной; изменяется случайным образом 10. Волновое сопротивление коаксиальной цепи с ростом частоты … увеличивается;уменьшается;остается неизменной; изменяется случайным образом 11. Оптимальное соотношение диаметров проводников из меди для коаксиальной цепи по коэффициенту затухания равно … 2,6; 3,6; 3,9; 5,2 12. Оптимальное соотношение диаметров проводников коаксиальных пар по электрической прочности изоляции равно … 2,6; 3,6; 2,718; 1,65 13. Оптимальное соотношение диаметров проводников коаксиальных пар по передаваемой мощность равно … 2,6; 3,6; 2,718; 1,65 14. Для обеспечения требуемого качества связи необходимо, чтобы отклонение волнового сопротивления составляло … ±1 ом; ± 0,5; ± 0,45; ± 0,3 15. Эффект близости изменяется с увеличением частоты … увеличивается; уменьшается; остается неизменным; изменяется случайным образом 16. Поверхностный эффект при увеличении расстояния между проводниками симметричного кабеля … увеличивается; уменьшается; остается неизменным; меняется случайным образом 17. С увеличением диаметра жид симметричной цепи индуктивность … увеличивается; уменьшается; остается неизменной; изменяется случайны образом 18. Передача волны по оптическому волокну (ОВ) осуществляется за счет отражений от границы сердцевины и оболочки с показателями преломления ... n1=n2; n1>n2; n1<n2 19. Защитное покрытие ОВ служит для защиты от … света; температуры, механических воздействий; электромагнитных воздействий; от ядерного излучения 20 Одномодовые оптические волокна имеют размеры сердцевина/оболочка … 100/500; 50/125; 10/125; 200/400, 62,5/125 21. Многомодовые оптические волокна имеют размеры сердцевина/оболочка … 8/125; 5/125; 10/125; 50/125, 62,/125 22. Наилучшими параметрами по пропускной способности и дальности обладают … многомодовые ОВ; одномодовые ОВ 23. Наилучшими параметрами по пропускной способности среди многомодовых волокон обладают волокна с профилем показателя преломления … ступенчатым; градиентным; треугольным, W-образным 24. Чем больше диаметр сердцевины волокна, тем число мод в ОВ … увеличивается; уменьшается; остается неизменным;изменяется случайным образом 25. Направляемые волны – это волны … оболочки; сердцевины; защитного покрытия; излучения 26. Вытекающие волны –это волны … оболочки; сердцевины; защитного покрытия; излучения. 27. Потери на поглощение определяются потерями от … деформации; изгибами; примесями; излучениями 28. Потери на рассеивание определяется потерями от … деформации; изгибами; примесями; из лучениями 29. Кабельные потери в ОВ определяются … деформациями; примесями; излучениями 30. Наибольшее затухание ОВ имеет в первом окне прозрачности, которое соответствует длине волны … 0,85; 1,3; 1,55; 1,625 31 Наименьшее значение затухания ОВ имеются в третьем окне прозрачности, которое соответствует волне (мкм) … 0,85; 1,3; 1,55; 1,625 32 Наименьшее значение затухания в ОК с одномодовыми ОВ составляет дБ/км … 3; 2; 1; 0,5; 0,2; 0,1 33. Причиной возникновения дисперсии в многомодовых ОВ является … механическая нагрузка; электромагнитные воздействия; существование большого числа мод; неоднородность источников излучения 34. Волноводная дисперсия зависит от … коэффициента распространения; материала; числа мод 35. Материальная дисперсия зависит от … коэффициента распространения материала; числа мод 36. К пассивным элементам волоконно-оптической линии относятся … лазеры; фотодиоды; модуляторы; оптические муфты 37. К активным элементам волоконно-оптической линии относятся … Раздел 6. 1. С ростом частоты влияние между симметричными цепями … увеличивается; уменьшается; не изменяется; изменяется случайны образом 2. С ростом частоты влияния между цепями воздушной линии … увеличивается; уменьшается; изменяется случайным образом 3 Первичным параметром влияния называется параметр … Ао ; А3 ; Ае ; К12 4. Вторичным параметром влияния называется параметр … К12; М12; А 5. Переходное затухание Ао учитывает влияние … на дальний конец; на ближний конец; защищенность 6 Переходное затухание Ае учитывает влияние … на дальний конец; на ближний конец; защищенность 7. Параметры А3 учитывает влияние … на дальний конец;на ближний конец; защищенность 8. Электрические и магнитные связи на ближнем конце … вычитаются; складываются 9. Электрические и магнитные связи на дальнем конце … вычитаются; складываются 10. Взаимное влияние между коаксиальными цепями с ростом частоты … увеличивается; уменьшается; остается неизменным; меняется случайным образом 11. Переходное затухание в коаксиальных цепях с ростом частоты … увеличивается; уменьшается; остается неизменными; изменяется случайным образом Раздел 7. 1. Опасные влияния внешних источников создают в цепях связи … помехи; опасность для персонала; искажение 2. Мешающее влияние внешних источников создают в цепях связи … помехи; опасность для персонала 3. Вероятное число повреждений кабелей связи от ударов молнии характеризуется … плотностью повреждения; плотностью линий; плотностью населения 4. Грозовые разряды создают на линиях связи в основном … мешающие влияния; опасные влияния; не создают никаких влияний 5. Преимуществами линий электропередачи постоянного ток перед линиями (ВВЛ) переменного тока являются … малые потери; простота преобразования; сложное преобразование 6. Наибольшие сложности для НСЭ представляют влияния ВВЛ, работающие в … режиме... нормальном; вынужденном; аварийном 7. Кабельные линии связи подвержены влиянию ВВЛ… магнитному ; электрическому 8. Сравнивая электрифицированные железные дороги (эжд) постоянного и переменного тока, следует отметить, что помехам хуже … эжд постоянного тока; эжд переменного тока 9. Чем больше удельное сопротивление земли, тем гальваническое влияние между ВВЛ и НСЭ … больше; меньше; такое же; изменяется случайным образом 10. Из разработанных разрядников наилучшими и стабильными характеристиками обладают разрядники… искровые; угольные; вилитовые; газонаполненные 11. Грозозащитные тросы для защиты кабелей связи от грозы прокладываются … на поверхности земли над кабелем; на глубине прокладки кабеля; на половине глубины прокладки кабеля. 12. Электрокоррозия возникает из-за … электрохимического взаимодействия металла с почвой; вибрации; из-за блуждающих токов; микроорганизмов на металле 13. На кабельных линиях связи наиболее эффективной мерой защиты от коррозии является … оптимальная трасса; изоляция кабеля; электрический дренаж; катодные установки; протекторные установки Раздел 8 1. Задание на проектирование выдается исходя из … технической необходимости; технико-экономического обоснования; решения проектной организации 2. Выбор трассы магистралей основан на выборе … кратчайшего пути; вдоль автомобильных дорог; вдоль линий электропередачи; вдоль железных дорог, по густонаселенной местности, по равнине 3. При выборе трассы необходимо учитывать … условия строительства; условия эксплуатации; условия строительства и эксплуатации Раздел 9 1 Группирование кабелей по размерам строительных длин производится для получения… максимальной однородности; монтажа ;подбора длины 2. Группирование оптических кабелей должно осуществляться по … типу ОВ; типу оболочек; длинам кабеля, цвету раскраски, толщине волокна 3. Сращивание жил осуществляют с помощью … скрутки; врезного контакта; под винт, сварки 4. Монтаж оптических волокон на оптических кабельных линиях производится .. . механически; сваркой, скруткой, под винт Раздел 10 1. Наиболее оптимальным способом организации эксплуатации линий связи является централизованный; децентрализованный; комбинированный, по приказу 2. Аварийные измерения определяются … строителями; наличием повреждений, руководством ТУМС, бюджетом. 3. Определение трассы полностью диэлектрических оптических кабелей осуществляется с помощью … маркероискателей; кабелеискателей, раскопки, по интуиции Подписано в печать . Формат Объем усл.п.л. Тираж экз. Заказ ООО «Инсвязьиздат». Москва. Ул. Авиамоторная.8. |