Использование магнитодиэлектриков для повышения индуктивности цепи

Периодически на проводнике размещаются ферромагнитные кольца которые монтируются в структуру изоляции, при этом резко увеличивается индуктивность цепи.

Недостатки:

· Хрупкость магнитодиэлектриков

· Ухудшение свойств изоляции из-за наличия в ней ферромагнитных колец.

Поэтому более приемлемо выполнение двухслойной изоляции, причем в первый слой изоляции на этапе ее изготовления добавляется порошкообразный магнитодиэлектрик, при этом второй слой изоляции обладает лучшими свойствами и не ухудшает качество изоляции цепи.

Все указанные методы повышения индуктивности требуют дополнительных технических затрат, денег и материала, поэтому используются не часто.

 

Как известно, с увеличением температуры возрастает хаотическое движение атомов в кристаллической решетке металлов и сопротивление возрастает, однако если снижать температуру металла до определенного низкого значения, то в ряде случаев возникает обратный эффект сверхпроводимости, при этом прекращается хаотическое движение атомов, а сопротивление металла резко уменьшается.

Этим эффектом обладают не все металлы. Его нет у Cr, Au и др. благородных металлов.

Он наблюдается у свинца, тантала ниобия, цинка и др.

 

Т(к)=t_c+273⁰

t(c)=T(k)-273⁰

Критические температуры для некоторых металлов:

Ø Ниобий 9К

Ø Свинец 7К

Ø Тантал             4К

Цепи из сверхпроводниковых металлов изготавливают коаксиальной конструкции, при этом резко уменьшаются их конструктивные размеры. Диаметр внутреннего проводника – доли миллиметров, внешнего единицы миллиметров.

 

 

 

 

-глубина проникновения поля в сверхпроводник

-удельная проводимость нормальных электронов

Необходимо отметить, что для сверхпроводников принята двухжидкостная теория, согласно которой в сверхпроводниках действуют нормальные (обычные электроны) и сверхпроводящие.

 

Общее сопротивление коаксиальной цепи

где N конструктивные размеры коаксиальной пары.

Все другие первичные параметры коаксиальной цепи СПК не существенно зависят от температуры, поэтому в рассмотрение не принимаются и рассчитываются по обычным формулам для коаксиальной цепи.

Эмпирическая формула для расчета сверхпроводящей цепи:

дБ/км

 

Активное сопротивление СПК значительно ниже обычного

1МГц- в 10⁸ раз меньше

1ГГц в 10⁴ раз меньше

При дальнейшем увеличении частоты СПК резко увеличивается пропорционально  и на частотах >10 ГГц СПК теряет все преимущества и его использование на более высоких частотах не целесообразно.

Затухание СПК на частоте 1МГц в 10⁶ меньше, чем у обычного кабеля.

Линия на основе СПК состоит:

1) Электрическая часть (сам СПК коаксиальной конструкции)

2) Креогенные устройства, основное назначение которых: обеспечение низких температур по всей длине линии, при которых наблюдается сверхпроводимость.

Креогенная часть состоит из рефрежераторных станций, установленных на расстоянии 20км и обеспечивают подачу хладоагента, в качестве которой используется жидкий азот, водород или гелий. Азот обеспечивает до 77К, водород до 20К, гелий до 4К. Коаксиальные сверхпроводящие кабели помещаются в систему труб, обеспечивающих прокачку хладоагента от рефрежераторных станций на 10-20 км.

 

Длина регенерационного участка на СПК достигает 100 км и более.

 

 

 

Таким образом основная проблема установка рефрежераторных станций и обеспечение низких температур. Все это стоит дорого и экономически не эффективно. Однако при объединении в единую конструкцию СПК и силовых кабелей, работающих на принципе сверхпроводимости, и обеспечивающих передачу мощных потоков энергии становится экономически целесообразно, т.е. электросвязь в данном случае будет выполнять роль технологического компонента при передаче электроэнергии на большие расстояния.

Прошли этапы экспериментальных исследований (немецкие и японские СПК) и с открытием новых типов сверхпроводников на основе металлокерамики работающих при сравнительно высоких температурах в градусах Кельвина. СПК остается одним из направлений развития электросвязи.

 

 

 

 

По двухпроводным НСЭ связь организуется по двухпроводной или четырех проводной схеме.

Двухпроводная схема организации связи:

Четырех проводная схема организации связи:

К-60П имеет длину усилительного участка около 20 км. По числу организуемых каналов В двухпроводной схеме ВЧ связи весь спектр передаваемых частот делится на две части: нижнюю и верхнюю. Нижняя часть спектра используется для передачи сигналов в одном направлении, верхняя в другом. Таким образом двухпроводная ВЧ схема – электрически четырех проводная. Для разделения цепей передачи в прямом и обратном направлениях и предотвращения авто генерации усилителей на их входе и выходе ставятся разделительные фильтры, пропускающие только соответствующий спектр частот (Ф₁ и Ф₁¹-12-252); (Ф₂ и Ф₂¹ 312-552кГц). Наличие фильтров в схеме приводит к искажениям передаваемых сигналов и уменьшает дальность связи за счет ограничения коэффициента усиления применяемых усилителей. Устойчивость у двухпроводной схемы ниже, чем у четырех проводной, так как различные температурные и временные изменения приводят к изменениям параметров фильтров и усилителей, а значит увеличивается опасность самогенерации усилителей в схеме.

По сравнению с двухпроводной ВЧ схемой четырех проводная схема не требует разделительных фильтров, позволяет организовать в 2 раза большее число каналов. При этом повышается устойчивость связи и упрощается оборудование системы передачи за счет исключения фильтров. При этом можно использовать усилители с большим коэффициентом усиления и работать на большие расстояния без переприема.

Исходя из затрат цепей кабелей связи двухпроводные и четырех проводные ВЧ схемы равнозначны, Если имеется удвоенное количество цепей, то при четырех проводной схеме можно организовать такое же количество каналов, что и при двухпроводной, используя в 2 раза меньший рабочий спектр частот, что особенно важно для симметричных цепей, имеющих ограниченный рабочий диапазон частот, так как снижается верхняя рабочая частота в 2 раза, то уменьшается и затухание цепи. За счет этого возрастает длина усилительного участка. Таким образом более выгодной оказывается четырех проводная схема, как по дальности, так и по устойчивости работы. Различают два основных режима передачи по двухпроводным НСЭ.

 

1-

совпадающий режим

 

Встречный режим

 

Анализ режимов передачи показывает, что в наихудших условиях по помехозащищенности находится встречный режим передачи, так как высокий уровень передачи одной цепи воздействует на соседнюю цепь с малым уровнем сигнала и создает в ней мощную помеху соизмеримую с уровнем сигнала в этой цепи.

Если режим передачи в соседних цепях совпадает, то энергия распределяется с одинаковым уровнем и помеха намного меньше.

В двухпроводной ВЧ схеме связи – соседние цепи находятся в совпадающем режиме передачи, а при четырех проводной – в встречном режиме.

По помехозащищенности двухпроводная схема лучше.

Для повышения помехозащищенности схем ВЧ связи и устранения режима встречной передачи организуют двух кабельную систему связи.

Когда все цепи с большим уровнем передачи в одном направлении объединяются в одном кабеле, а в обратном направлении в другой.

Все системы передачи аналоговые и цифровые по симметричным не экранированным цепям работают по 4х проводной схеме и 2х кабельной системе.

Все коаксиальные кабели обеспечивают повышенную помехозащищенность цепей вследствие эффекта самоэкранирования, поэтому для коаксиальных цепей используется четырех проводная схема организации связи и одно-кабельная система связи, т.е. все цепи передачи и приема находятся в 1м кабеле. В воздушных линиях физически невозможно обеспечить разделение цепей передачи и приема по различным линиям, поэтому на ВЛС используется 2х проводная схема организации связи по одной линии.