DETERMINAREA ATENUĂRII ŞI A DIAFONIEI LA UNELE LINII DE TRANSMISIE A SEMNALELOR

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "DETERMINAREA ATENUĂRII ŞI A DIAFONIEI LA UNELE LINII DE TRANSMISIE A SEMNALELOR"

θάνατος Κυπραίος
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Lucrare de laborator 2 DETERMINAREA ATENĂRII ŞI A DIAFONIEI LA NELE LINII DE TRANSMISIE A SEMNALELOR 1. Scopul lucrării cunoaşterea caracteristicilor liniilor electrice de transmisie a semnalelor; însuşirea modului de determinare a atenuării de diafonie pentru semnale periodice cu diferite forme şi frecvenńe; cunoaşterea caracteristicilor electrice ale cablurilor şi a modului de determinare a impedanńei caracteristice şi a atenuării semnalelor. 2. Caracteristicile constructive şi electrice ale liniilor de transmisie O linie de transmisie este formată dintr-un sistem de conductoare prin care se poate transmite energia electromagnetică între două puncte. Astfel, liniile de telefonie şi cele din sistemele energetice sunt exemple tipice de linii de transmisie. În electronică şi în telecomunicańii se folosesc pentru transferul energiei de radiofrecvenńă sau la reńelele de comunicańii digitale. Căteva variante constructive de linii de transmisie sunt prezentate în figura 1. Fig. 1 Câteva variante constructive de linii de transmisie na dintre caracteristicile liniei de transmisie care se referă la ghidarea energiei de la sursă la sarcină fără pierderi prin radiańie este impedanńa caracteristică Z 0 (fig.2). Astfel, o variantă constructivă a liniei de transmisie constă din două conductoare plasate paralel sau prin răsucire una fańă de cealaltă (fig. 2.a) sau separate printr-un dielectric (fig. 2.b). La varianta coaxială (fig. 2.c) radiańia conductorului interior este neutralizată de către celălalt conductor (ecran).

2 2 Lucrare de laborator Fig. 2 Linii de transmisie a) Conductoare paralele b) Cablu panglică c) Cablu coaxial Caracteristici electrice Cablurile reprezinta medii de transmisie cu parametrii distribuiti, schema unei unitati de o anumita lungime a cablului fiind prezentata în figura 3. Fig. 3 Schema echivalentă a unei linii de transmisii Functia de transfer a unei linii de transmisie γ se calculează în funcńie de parametrii schemei echivalente cu relańia: γ = α( ω) + jβ ( ω) = ( R+ jωl) ( G+ jωc) (1) unde α este constanta de atenuare a cablului, exprimat în db/km sau db/100m, iar β este constanta de defazare. Raportul dintre valoarea maximă (efectivă) a tensiunii undei progresive şi valoarea maximă a curentului care se stabileşte într-o linie electrică este o mărime constantă. Această mărime se numeşte impedanńa caracteristică a liniei Z c : Z c ( R+ jωl) ( ω) = (2) ( G+ j ω C) La frecvenńă mare ω L >> R, ωc >> G şi impedanńa caracteristică devine:

3 DETERMINAREA ATENĂRII ŞI A DIAFONIEI LA NELE LINII DE TRANSMISIE A SEMNALELOR 3 L Z c = (3) C 2.1. Caracteristici ale liniilor simetrice şi simetrice Liniile de transmisie pot fi simetrice (de exemplu linia bifilară fig 4.b) şi asimetrice (cablul coaxial, liniile plane tip microstrip şi stripline). ε r a) b) Fig. 4 Geometria cablui coaxial (a) şi a liniei bifilare (b) a) Cablul coaxial La cablul coaxial care este folosit la transmisii de RF sau la transmisii de date cu rată de transfer ridicată unul dintre conductoare (diametrul d) este în interiorul cilindrului format de celălalt conductor de diametrul D. Cele două conductoare au între ele dielectricul caracterizat printr-o anumită permitivitate dielectrică relativă ε r (fig. 4.a). La cablurile flexibile dielectricul dintre cele două conductoare este din materiale plastice (polietilenă, polistiren) sau teflon. Din punct de vedere constructiv, dielectricul poate fi continuu sau intermitent. Valorile impedanńaei caracteristice Z c sunt tipizate, cele mai utilizate fiind: 50 Ω, 75 Ω, dar se realizează cabluri şi cu alte valori ale impedanńei. b) Cablul TP Din anul 1990 s-a adoptat norma 10 BASE T pentru transmisii de date cu rata de 10 Mbps folosind perechi torsadate sau cablu TP (niversal Twisted Pair) având urmatoarle caracteristici: - cablu multi-perechi, perechi neecranate individual (fig. 5.a); - diametrul firelor: 0,4-0,6 mm; - impedanńa caracteristică Z=100 ±15 Ω, - lungimea maximă a unui segment de cablu: 100 m; - atenuare mai mică de 11,5 db în banda 5-10 MHz; Cablul TP (niversal Twisted Pair) care conńine 4 perechi de conductoare (fig. 2) fiind caracterizat prin impedanńa caracteristică Z=100 ±15 Ω, dar se produce şi în varianta Z=120 Ω (conform standard ISO/IEC 11801). Conectoarele folosite pentru aceste cabluri sunt de obicei varianta RJ-45 (fig. 5.b). ImpedanŃa caracteistică a perechilor individuale este Z Ω.

măsurarea inductanńei L (cablu cu terminalele în scurtcircuit) şi a capacităńii C dintre conductoare.

4 4 Lucrare de laborator b) a) Fig. 5 Cablul TP a) Perechile răsucite b) Conectorul cablului TP (RJ-45) Determinarea impedanńei caracteristice Z c a unui tronson dintr-o linie de transmisie se poate face pe baza relańiei (3) după măsurarea inductanńei L (cablu cu terminalele în scurtcircuit) şi a capacităńii C dintre conductoare. c) Atenuarea Atenuarea semnalelor se datorează pierderilor în cabluri, pierderi care se pot grupa în dielectrice şi rezistive. Pierderile dielectrice sunt independente de geometria conductoarelor liniei coaxiale, acestea depinzând de caracteristicile materialului dielectric. În contrast, valoarea pierderilor rezistive depinde de geometria conductoarelor şi acestea cresc proporńional cu pătratul frecvenńei. Determinarea atenuării unui cablul de o lungime (l) dată la o anumită frecvenńa (exemplu: f 1 =10, 20, 100 MHz) se poate determina cu relańia: out a= 20 log [ db] (4) in unde in corespunde tensiunii aplicate la intrarea cablului, iar out este tensiunea de la ieşire măsurată pe o sarcină rezistivă egală cu impedanńa caracteristică a cablului (R=Z c ). d) Diafonia Diafonia reprezintă fenomenul de transfer parazit de energie dintr-un canal de comunicańii în canalele adiacente. Datorită acestui fenomen informańia din canalul interferat este perturbată, afectând calităńile semnalului transferat. Diafonia se poate manifesta atât în echipamentele de transmisie şi de recepńie a semnalelor, dar apare în special între circuitele fizice aparńinând aceleaşi linii datorită cuplajelor parazite (inductanńe şi capacităńi de cuplaj). Atenuarea de diafonie a D [db] se determină cu relańia: P P 1 a D = 10 lg (5) 2 unde: P 1 puterea din circuitul 1 (puterea perturbatoare);

5 DETERMINAREA ATENĂRII ŞI A DIAFONIEI LA NELE LINII DE TRANSMISIE A SEMNALELOR 5 P 2 puterea din circuitul 2 (puterea perturbată). Diafonia (cross-talk) este o masură (în db) a influenńei unui circuit electric asupra unui alt circuit (cablu) aflat în vecinatate. Aceasta se apreciază prin raportul dintre un semnal prezent în circuitul dat şi semnalul indus de acesta pe un cablu pereche aflat în vecinătatea circuitului de semnal (fig. 6). Transferul energiei Fig. 6 Diafonia în circuitele TP Diafonia este un parametru care depinde de frecvenńa semnalelor. Pentru limitarea efectului diafoniei se utilizeaza ecranarea individuală a circuitelor (a perechilor) din cablurile de transmisie. 3. Probleme de studiat 3.1. Se identifică tipul şi se precizează în referat caracteristicile cablurilor de studiat Se determină atenuarea la două tipuri de cablu (cablu coaxial şi TP); 3.3. Se determină diafonia pentru două perechi ale unui cablu TP. 4. Desfăşurarea lucrării 4.1. Determinarea atenuării unui cablu coaxial RG 58 (Z=50 Ω) De la un generator de semnal se aplică la capătul unui tronson de cablu coaxial de lungime l [m] o tensiune sinusoidală cu frecvenńa f 1 =10 MHz (100 MHz) şi cu valoarea efectivă in =1V. La celălat capăt al cablului coaxial (capătul opus fańă de sursa de semnal) se conectează o rezistenńă de sarcină cu aceiaşi valoare cu impedanńa caracteristică a cablului (R L =50 Ω). La bornele rezistenńei de sarcină R L se măsoară tensiunea de ieşire out (fig. 7). Fig. 7 Circuitul electric pentru măsurarea atenuării unui cablu Aparate necesare: - Generator de semnal sinusoidal (f=10, 20, 100 MHz); - Osciloscop digital - la care se măsoara valoarea eficace a tensiunilor (rms).

6 6 Lucrare de laborator Determinarea atenuării a D [db] la frecvenńa (cel puńin două frecvenńe) pentru tronsonul de cablu de lungime l se calculează cu relańia (4). Se determină atenuarea echivalentă pentru l=100 m (a e [db/100m]/f ) şi se compară cu valorile indicate în datele tehnice ale cablului. Datele se trec în tabelul 1 Nr. crt. f[mhz] in [V] out [V] a l [db] a e [db/100m] Tabelul 1 Obs Determinarea diafoniei Pentru determinarea diafoniei se aplică de la generator de semnal pe una dintre perechile tronsonului de cablu o tensiune sinusoidală 1 cu frecvenńa khz (fig. 8). La capătul opus al aceastei perechi se conectează o rezistenńă cu valoarea egală cu impedanńa caracteristică a cablului. Cu ajutorul unui voltmetru electronic (osciloscop digital cu funcńie de voltmetru) conectat la perechea vecină celei pe care se aplică semnalul se măsoară tensiunea indusă 2-1. Capetele perechii pe care se măsoară tensiunea se conectează în partea dinspre sursa de semnal pe o rezistenńă cu aceiaşi valoare (R=Z c =100 Ω la cablul TP). Fig. 8 Circuitul electric pentru măsurarea diafoniei unui cablu Diafonia care corespunde celor două perechi ale cablului TP (d 1-2 ), la frecvenńa f (f=10 khz... 1MHz) se poate calcula cu relańia: Datele se trec în tabelul d1 2 = 20 log [ db] (6) 1

7 DETERMINAREA ATENĂRII ŞI A DIAFONIEI LA NELE LINII DE TRANSMISIE A SEMNALELOR 7 Nr. crt. Tabelul 2 f[khz] 1 [V] 2-1 [V] d 1-2 [db] Obs Întrebări 1. Care este principiul care stă la baza determinării atenuării liniilor electrice? 2. Care sunt factorii de care depinde atenuarea? 3. Care sunt factorii de care depinde diafonia? Care sunt mijloacele de reducere a diafoniei? 4. Să se stabilească care este frecvenńa la care s-a determinat atenuarea unui cablu RG58 cu l=10 m dacă aplicând in =2 V rezultă la ieşire out =1,9 V. 6. ConŃinutul referatului 1. Scopul lucrării; 2. Caracteristicile liniilor de transmisie şi mod de determinare. 3. Metoda de măsurare, schemele şi aparatele de măsură folosite. 4. Completarea tabelului 1 şi 2 şi indicarea modului de calcul (exemple de calcul). 5. Prezentarea concluziilor desprinse din determinărilor experimentale. 6. Răspunsuri la întrebări. Anexă Tabelul 3 Caracteristicile unor cabluri coaxiale cu Z 0 = 50Ω Codul RG58 RG213 Z 0 [Ω] 50±3 50±2 d [mm] 0,9 2,28 D [mm] 2,95 7,25 Dielectric Polietilen ă Polietilen ă C [pf/m] Atenuare ,8 [db/100m] ,5 f [MHz] D ext [mm] 5 10,3

Σχετικά έγγραφα

Componente şi Circuite Electronice Pasive. Laborator 3. Divizorul de tensiune. Divizorul de curent

Componente şi Circuite Electronice Pasive. Laborator 3. Divizorul de tensiune. Divizorul de curent Laborator 3 Divizorul de tensiune. Divizorul de curent Obiective: o Conexiuni serie şi paralel, o Legea lui Ohm, o Divizorul de tensiune, o Divizorul de curent, o Implementarea experimentală a divizorului