Расчёт потерь напряжения в кабеле
Потеря напряжения в кабеле — величина, равная разности между установившимися значениями действующего напряжения, измеренными в двух точках системы электроснабжения (по ГОСТ 23875-88). Этот параметр необходимо знать при производстве любых электромонтажных работ — начиная от видеонаблюдения и ОПС и заканчивая системами электроснабжения промышленных объектов.
| Рис.1 | Рис.2 |
При равенстве сопротивлений Zп1=Zп2=Zп3 и Zн1=Zн2=Zн3 ток в нулевом проводе отсутствует (Рис.1), поэтому для трёхфазных линий потери напряжения рассчитываются для одного проводника.
В двух- и однофазных линиях, а также в цепи постоянного тока, ток идёт по двум проводникам (Рис.2), поэтому вводится коэффициент 2 (при условии равенства Zп1=Zп2).
Доступна Windows-версия программы расчёта потерь напряжения
Пояснения к расчёту
Расчёт потерь линейного (между фазами) напряжения в кабеле при трёхфазном переменном токе производится по формулам:
Для расчёта потерь фазного напряжения U=220 В; 1 фаза.
P — активная мощность передаваемая по линии, Вт;
Q — реактивная мощность передаваемая по линии, ВАр;
R — удельное активное сопротивление кабельной линии, Ом/м;
X — удельное индуктивное сопротивление кабельной линии, Ом/м;
L — длина кабельной линии, м;
Uл — линейное напряжение сети, В;
Uф — фазное напряжение сети, В.
|
Пожелания, замечания, рекомендации по улучшению раздела расчётов на нашем сайте просьба присылать по электронной почте Разрешается копирование java-скриптов при условии ссылки на источник. |
ВСЕ РАСЧЁТЫ
Что такое потеря напряжения в кабеле и чем она опасна?
Во время передачи электроэнергии по проводам к электроприемникам ее небольшая часть расходуется на сопротивление самих проводов, т.е. на их нагрев. Чем выше протекаемый ток и больше сопротивление провода, тем больше на нем будет потеря напряжения. Величина тока зависит от подключенной нагрузки, а сопротивление провода тем больше, чем больше его длина. Логично? Поэтому нужно понимать, что провода большой длины могут быть не пригодны для подключения какой-либо нагрузки, которая, в свою очередь, хорошо будет работать при коротких проводах того же сечения.
В идеале все электроприборы будут работать в нормальном режиме, если к ним подается то напряжение, на которые они рассчитаны. Если провод рассчитан не правильно и в нем присутствуют большие потери, то на вводе в электрооборудование будет заниженное напряжение. Это очень актуально при электропитании постоянным током, так как тут напряжение очень низкое, например 12 В, и потеря в 1-2 В тут будет уже существенной.
Чем опасна потеря напряжения в электропроводке?
- Отказом работы электроприборов при очень низком напряжении на входе.
В выборе кабеля необходимо найти золотую середину. Его нужно подобрать так, чтобы сопротивление провода при нужной длине соответствовало конкретному току и исключить лишние денежные затраты. Конечно, можно купить кабель огромного сечения и не считать в нем потери напряжения, но тогда за него придется переплатить. А кто хочет отдавать свои деньги на ветер? Давайте ниже разберемся, как учесть потери напряжения в кабеле при его выборе.
Для того чтобы избежать потерь мощности нам нужно уменьшить сопротивление провода. Мы знаем что, чем больше сечение кабеля, тем меньше его сопротивление. Поэтому эта проблема в длинных линиях решается путем увеличения сечения жил кабеля.
Вспомним физику и перейдем к небольшим формулам и расчетам.
Напряжение на проводе мы можем узнать по следующей формуле, зная его сопротивление (R, Ом) и ток нагрузки (I, А).
U=RI
Сопротивление провода рассчитывается так:
R=рl/S, где
р — удельное сопротивление провода, Ом*мм2/м;
l — длина провода, м;
S — площадь поперечного сечения провода, мм2.
Удельное сопротивления это величина постоянная. Для меди она составляет р=0,0175 Ом*мм2/м, и для алюминия р=0,028 Ом*мм2/м. Значения других металлов нам не нужны, так как провода у нас только с медными или с алюминиевыми жилами.
Приведу небольшой пример расчета для медного провода. Для алюминиевого провода суть расчета будет аналогичной.
Например, мы хотим установить группу розеток в гараже и решили протянуть туда медный кабель от дома длинной 50 м сечением 1,5 мм2. Там будем подключаться нагрузка 3,3 кВт (I=15 А).
Учтите, что ток «бежит» по 2-х жильному кабелю туда и обратно, поэтому «пробегаемое» им расстояние будет в два раза больше длины кабеля (50*2=100 м).
Потеря напряжения в данной линии будет:
U=(рl)/s*I=0,0175*100/1,5*15=17,5 В
Что составляет практически 9% от номинального (входного) значения напряжения.
Значит в розетках будет уже напряжение: 220-17,5=202,5 В. Этого будет маловато для нормальной работы электрооборудования. Также свет может гореть тускло (в пол накала).
На нагрев провода будет выделяться мощность P=UI=17,5*15=262,5 Вт.
Также учтите, что здесь не учтены потери в местах соединения (скрутках), в вилке электроприбора, в контактах розетки. Поэтому реальные потери напряжения будут больше полученных значений.
Давайте повторим данный расчет, но уже для провода сечением 2,5 мм2.
U=(рl)/s*I=0,0175*100/2,5*15=10,5 В или 4,7%.
Теперь повторим данный расчет, но уже для провода сечением 4 мм2.
U=(рl)/s*I=0,0175*100/4*15=6,5 В или 2,9%.
Согласно ПУЭ, отклонения напряжения в линии должны составлять не более 5%.
Поэтому в нашем случае нужно выбирать кабель сечением 2,5 мм2 для нагрузки мощностью 3,3 кВт (15 А), а не 1,5 мм2.
Для постоянного тока такие сечения при указанных длинах использовать нельзя. Допусти, что необходимо запитать электроприбор током 15 А от источника постоянного тока 12 В (например, от аккумулятора или понижающего трансформатора). Используется кабель сечением 2,5 мм2 длинной 50 м.
Потери тут будут 10,5 В. Это значит, что на входе в электроприбор будет присутствовать напряжение 12-10,5=1,5 В. Это бред и ничего работать не будет. Даже кабель сечением 25 мм2 не спасет. Тут выход один — это нужно переносить источник питания ближе к потребителю.
Если ваша розетка находится очень далеко от щитка, то обязательно посчитайте потери напряжения в данной линии.
Не забываем улыбаться:
Звонок мужу в командировку:
— Дорогой, а почему в кране нет воды?
— Понимаешь, мы живем на 22 этаже и давления, которое создает насос возможно недостаточно…
— Милый, а почему газа нет?
— Понимаешь, сейчас зима и давление в магистральном газопроводе вследствие большого разбора несколько понижено…
— Родной, но почему же тогда нет электроэнергии?!
— Пойди заплати за коммуналку, дура!
Потери напряжения | Онлайн расчет в линии, в сети, в кабеле
Калькулятор расчета потери напряжения в кабеле. Расчет потери напряжения в линии для постоянного и переменного тока по заданным параметрам электросети.
Проблема с потерями напряжения в линии, сети или кабеле возникают обычно в следующих ситуациях:
- при значительной длине прокладываемой линии;
- в случае большой рассеиваемой мощности;
- при высоких токовых нагрузках.
Если при покупке кабельной продукции допущены ошибки в выборе сечения входящих в его состав проводных жил – они при протекании больших токов начинают перегреваться. А это приводит к повышению их внутреннего сопротивления и увеличению потерь напряжения на распределенных элементах цепи.
Дополнительная информация: Для того чтобы понять, за счет чего в линейных проводах происходят потери, следует вспомнить о том, что они также обладают внутренним погонным сопротивлением.
За счет этого каждый участок кабеля определенной длины может быть представлен как резистор с некоторой удельной проводимостью (величиной, обратной сопротивлению). Так что на данном участке по закону Ома будет падать определенная часть приложенного ко всему кабелю напряжения. Это значение вычисляется по следующей формуле:
U=I*R провода
При обследовании цепей постоянного тока учитывается только активное распределенное сопротивление, обозначаемое просто R. В линиях с действующим переменным напряжением к активной составляющей добавляется реактивная часть, так что обе они составляют полный импеданс Z. Величина этих потерь обязательно учитывается при расчетах цепей переменного тока, поскольку они нередко достигают 20 процентов от всей расходуемой мощности.
Как при ручном, так и при онлайн расчете для определения распределенного сопротивления проводника используется следующая формула:
R=p*L/S
где:
p – удельное сопротивление, приходящееся на единицу длины;
L – общая длина измеряемого участка;
S – площадь сечения.
Из формулы видно, что сопротивление, а, следовательно, и падение напряжения определяется длинной данного участка и площадью его поперечного сечения. Длинный и тонкий проводник обладает большим сопротивлением R. Чтобы его снизить – нужны толстые жилы со значительным поперечным сечением.
Производим расчет потери напряжения линии в случае с активной нагрузкой с помощью следующего выражения:
dU=I*R пров
Для того чтобы учесть комплексные потери на импедансе цепей переменного тока вводится поправка в виде коэффициента реактивности.
Обратите внимание: Все эти выкладки справедливы лишь для одной жилы.
В реальной ситуации кабель содержит несколько проводников, каждый из которых должен учитываться при калькуляции. При пользовании онлайн калькулятором потерь напряжения в предложенные формы потребуется ввести следующие параметры:
- Общую длину провода.
- Площадь сечения каждой из жил;
- Значение потребляемой мощности;
- Общее количество проводников;
- Средний показатель температуры.
Также следует указать значение комплексного коэффициента COS Ф (он, как правило, выбирается из диапазона 0,94-0,98).
| Длина линии (м) / Материал кабеля: | МедьАлюминий | ||
| Сечение кабеля (мм²): | 0,5 мм²0,75 мм²1,0 мм²1,5 мм²2,5 мм²4,0 мм²6,0 мм²10,0 мм²16,0 мм²25,0 мм²35,0 мм²50,0 мм²70,0 мм²95,0 мм²120 мм² |
| |
| Мощность нагрузки (Вт) или ток (А): | |||
| Напряжение сети (В): | Мощность | 1 фаза | |
| Коэффициент мощности (cosφ): | Ток | 3 фазы | |
| Температура кабеля (°C): | |||
| Потери напряжения (В / %) | |||
| Сопротивление провода (ом) | |||
| Реактивная мощность (ВАр) | |||
| Напряжение на нагрузке (В) | |||
В результате вычислений онлайн калькулятор потерь напряжения выдаст следующие рабочие показатели:
- Величину потерь напряжения и мощности.
- Сопротивление участка кабеля.
- Реактивные потери в нем.
Также в итоговой форме должно появиться значение остаточного напряжения на комплексной нагрузке.
Таблица потерь в коаксиальных кабелях
Допустим, я делаю двухдиапазонную антенну, на 7 МГц и 14 МГц. При этом я собираюсь запитывать антенну через 15 метров кабеля RG58. Спрашивается — в предположении, что антенна идеально согласована, сколько дБ я потеряю в кабеле? Подобные вопросы возникают в радиолюбительском деле постоянно. Однако те справочные таблицы, что я находил онлайн, очень неудобны для получения ответа. Поэтому в данном посте мне хотелось бы поделиться более удобными таблицами.
В чем проблема с таблицами, доступными в интернете? Во-первых, в них приводятся потери для частот вроде 1 МГц, 10 МГц и 50 МГц. Потери на радиолюбительских диапазонах приходится аппроксимировать. Во-вторых, потери типично приводятся для 30 футов кабеля. Очень неудобно переводить их в метры. Наконец, в третьих, на самом-то деле радиолюбителя интересует не сколько дБ он потеряет, а какой максимальной длины кабель он может использовать, чтобы потери в нем были не слишком большими. Под «не слишком большими потерями» разные люди понимают разную величину. Обычно это что-то в пределах 1 дБ, что эквивалентно 20% потери мощности.
Совершенно замечательные таблицы, содержащие информацию о потерях именно на радиолюбительских диапазонах аж для 17-и различных кабелей, были найдены в разделе 23.5 Choosing and Installing Feed Lines книги «The ARRL Antenna Book, 23rd Edition». К сожалению, для измерения длины в книге используются футы. Ниже приведены таблицы из названного раздела, переведенные в метры.
Длина кабеля в метрах, при которой потери составляют 1 дБ:
И обратная таблица — потери в дБ на 10 метров кабеля:
Вернемся к оригинальному вопросу про двухдиапазонную антенну. Из первой таблицы мы видим, что при использовании 15-и метров кабеля RG58 потери составляют менее 1 дБ на диапазонах 40 и 20 метров. Более того, по критерию «потери в пределах 1 дБ» кабель подходит для всех КВ-диапазонов вплоть до 21 МГц. В радиолюбительском диапазоне 10 метров (смотрим вторую таблицу) потери составят около 1.17 дБ, что соответствует:
>>> 1-pow(10,-1.17/10)
0.23616421642230934
… примерно 24% потери мощности. Я лично не побрезгал бы использовать кабель и на этом диапазоне.
Отмечу однако, что приведенные таблицы следует воспринимать, как ориентировочные, а не как абсолютную истину. Так измеренные потери в 10 метрах имеющегося у меня кабеля RG58 составили 0.61 дБ, 0.78 дБ и 0.86 дБ в диапазонах 20, 15 и 10 метров соответственно. При этом волновое сопротивление кабеля оказалось не идеальными 50 Ом. Поэтому график зависимости потерь от частоты выходит слегка волнообразным, а не линейным. В итоге было решено использовать 15.7 метров кабеля. При такой длине потери не превышают 1 дБ на частотах до 14.35 МГц.
Fun fact! 60 метров кабеля RG-174 имеют не менее 20 dB потерь на 144 МГц и выше. При таких потерях вы увидите КСВ 1, на что бы ни был нагружен кабель. Получается идеальный эквивалент нагрузки для УКВ!
Информация для диапазонов 160 метров, 6 метров и 23 сантиметра выше была опущена, но ее можно найти в полной версии таблиц [PDF]. Если же вас интересует документ LibreOffice с исходными данными, его можно скачать здесь.
Такая вот информация. Надеюсь, вы нашли ее полезной.
Дополнение: В продолжение темы см пост Об использовании коаксиального кабеля РК-50-2-11.
Метки: Беспроводная связь, Любительское радио.
Рассчет падение напряжения по длине кабеля
Линии электропередач транспортируют ток от распределительного устройства к конечному потребителю по токоведущим жилам различной протяженности. В точке входа и выхода напряжение будет неодинаковым из-за потерь, возникающих в результате большой длины проводника.
Падение напряжения по длине кабеля возникает по причине прохождения высокого тока, вызывающего увеличение сопротивления проводника.
На линиях значительной протяженности потери будут выше, чем при прохождении тока по коротким проводникам такого же сечения. Чтобы обеспечить подачу на конечный объект тока требуемого напряжения, нужно рассчитывать монтаж линий с учетом потерь в токоведущем кабеле, отталкиваясь от длины проводника.
Результат понижения напряжения
Согласно нормативным документам, потери на линии от трансформатора до наиболее удаленного энергонагруженного участка для жилых и общественных объектов должны составлять не более девяти процентов.
Допускаются потери 5 % до главного ввода, а 4 % — от ввода до конечного потребителя. Для трехфазных сетей на три или четыре провода номинальное значение должно составлять 400 В ± 10 % при нормальных условиях эксплуатации.
Отклонение параметра от нормированного значения может иметь следующие последствия:
- Некорректная работа энергозависимых установок, оборудования, осветительных приборов.
- Отказ работы электроприборов при сниженном показателе напряжения на входе, выход оборудования из строя.
- Снижение ускорения вращающего момента электродвигателей при пусковом токе, потери учитываемой энергии, отключение двигателей при перегреве.
- Неравномерное распределение токовой нагрузки между потребителями на начале линии и на удаленном конце протяженного провода.
- Работа осветительных приборов на половину накала, за счет чего происходят недоиспользование мощности тока в сети, потери электроэнергии.
В рабочем режиме наиболее приемлемым показателем потерь напряжения в кабеле считается 5 %. Это оптимальное расчетное значение, которое можно принимать допустимым для электросетей, поскольку в энергетической отрасли токи огромной мощности транспортируются на большие расстояния.
К характеристикам линий электропередач предъявляются повышенные требования. Важно уделять особое внимание потерям напряжения не только на магистральных сетях, но и на линиях вторичного назначения.
Причины падения напряжения
Каждому электромеханику известно, что кабель состоит из проводников — на практике используются жилы с медными или алюминиевыми сердечниками, обмотанные изоляционным материалом. Провод помещен в герметичную полимерную оболочку — диэлектрический корпус.
Поскольку металлические проводники расположены в кабеле слишком плотно, дополнительно прижаты слоями изоляции, при большой протяженности электромагистрали металлические сердечники начинают работать по принципу конденсатора, создающего заряд с емкостным сопротивлением.
Падение напряжения происходит по следующей схеме:
- Проводник, по которому пущен ток, перегревается и создает емкостное сопротивление как часть реактивного сопротивления.
- Под воздействием преобразований, протекающих на обмотках трансформаторов, реакторах, прочих элементах цепи, мощность электроэнергии становится индуктивной.
- В результате резистивное сопротивление металлических жил преобразуется в активное сопротивление каждой фазы электрической цепи.
- Кабель подключают на токовую нагрузку с полным (комплексным) сопротивлением по каждой токоведущей жиле.
- При эксплуатации кабеля по трехфазной схеме три линии тока в трех фазах будут симметричными, а нейтральная жила пропускает ток, приближенный к нулю.
- Комплексное сопротивление проводников приводит к потерям напряжения в кабеле при прохождении тока с векторным отклонением за счет реактивной составляющей.
Графически схему падения напряжения можно представить следующим образом: из одной точки выходит прямая горизонтальная линия — вектор силы тока. Из этой же точки выходит под углом к силе тока вектор входного значения напряжения U1 и вектор выходного напряжения U2 под меньшим углом. Тогда падение напряжения по линии равно геометрической разнице векторов U1 и U2.
Рисунок 1. Графическое изображение падения напряжения
На представленном рисунке прямоугольный треугольник ABC отражает падение и потери напряжения на линии кабеля большой длины. Отрезок AB — гипотенуза прямоугольного треугольника и одновременно падение, катеты AC и BC показывают падение напряжения с учетом активного и реактивного сопротивления, а отрезок AD демонстрирует величину потерь.
Производить подобные расчеты вручную довольно сложно. График служит для наглядного представления процессов, протекающих в электрической цепи большой протяженности при прохождении тока заданной нагрузки.
Расчет с применением формулы
На практике при монтаже линий электропередач магистрального типа и отведения кабелей к конечному потребителю с дальнейшей разводкой на объекте используется медный или алюминиевый кабель.
Удельное сопротивление для проводников постоянное, составляет для меди р = 0,0175 Ом*мм2/м, для алюминиевых жил р = 0,028 Ом*мм2/м.
Зная сопротивление и силу тока, несложно вычислить напряжение по формуле U = RI и формуле R = р*l/S, где используются следующие величины:
- Удельное сопротивление провода — p.
- Длина токопроводящего кабеля — l.
- Площадь сечения проводника — S.
- Сила тока нагрузки в амперах — I.
- Сопротивление проводника — R.
- Напряжение в электрической цепи — U.
Использование простых формул на несложном примере: запланировано установить несколько розеток в отдельно стоящей пристройке частного дома. Для монтажа выбран медный проводник сечением 1,5 кв. мм, хотя для алюминиевого кабеля суть расчетов не изменяется.
Поскольку ток по проводам проходит туда и обратно, нужно учесть, что расстояние длины кабеля придется умножать вдвое. Если предположить, что розетки будут установлены в сорока метрах от дома, а максимальная мощность устройств составляет 4 кВт при силе тока в 16 А, то по формуле несложно сделать расчет потерь напряжения:
U = 0,0175*40*2/1,5*16
U = 14,93 В
Если сравнить полученное значение с номинальным для однофазной линии 220 В 50 Гц, получается, что потери напряжения составили: 220-14,93 = 205,07 В.
Такие потери в 14,93 В — это практически 6,8 % от входного (номинального) напряжения в сети. Значение, недопустимое для силовой группы розеток и осветительных приборов, потери будут заметны: розетки будут пропускать ток неполной мощности, а осветительные приборы — работать с меньшим накалом.
Мощность на нагрев проводника составит P = UI = 14,93*16 = 238,9 Вт. Это процент потерь в теории без учета падения напряжения на местах соединения проводов, контактах розеточной группы.
Проведение сложных расчетов
Для более детального и достоверного расчета потерь напряжения на линии нужно принимать во внимание реактивное и активное сопротивление, которое вместе образует комплексное сопротивление, и мощность.
Для проведения расчетов падения напряжения в кабеле используют формулу:
∆U = (P*r0+Q*x0)*L/ U ном
В этой формуле указаны следующие величины:
- P, Q — активная, реактивная мощность.
- r0, x0 — активное, реактивное сопротивление.
- U ном — номинальное напряжение.
Чтобы обеспечить оптимальную нагрузку по трехфазных линиям передач, необходимо нагружать их равномерно. Для этого силовые электродвигатели целесообразно подключать к линейным проводам, а питание на осветительные приборы — между фазами и нейтральной линией.
Есть три варианта подключения нагрузки:
- от электрощита в конец линии;
- от электрощита с равномерным распределением по длине кабеля;
- от электрощита к двум совмещенным линиям с равномерным распределением нагрузки.
Пример расчета потерь напряжения: суммарная потребляемая мощность всех энергозависимых установок в доме, квартире составляет 3,5 кВт — среднее значение при небольшом количестве мощных электроприборов. Если все нагрузки активные (все приборы включены в сеть), cosφ = 1 (угол между вектором силы тока и вектором напряжения). Используя формулу I = P/(Ucosφ), получают силу тока I = 3,5*1000/220 = 15,9 А.
Дальнейшие расчеты: если использовать медный кабель сечением 1,5 кв. мм, удельное сопротивление 0,0175 Ом*мм2, а длина двухжильного кабеля для разводки равна 30 метров.
По формуле потери напряжения составляют:
∆U = I*R/U*100 %, где сила тока равна 15,9 А, сопротивление составляет 2 (две жилы)*0,0175*30/1,5 = 0,7 Ом. Тогда ∆U = 15,9*0,7/220*100% = 5,06 %.
Полученное значение незначительно превышает рекомендуемое нормативными документами падение в пять процентов. В принципе, можно оставить схему такого подключения, но если на основные величины формулы повлияет неучтенный фактор, потери будут превышать допустимое значение.
Что это значит для конечного потребителя? Оплата за использованную электроэнергию, поступающую к распределительному щиту с полной мощностью при фактическом потреблении электроэнергии более низкого напряжения.
Использование готовых таблиц
Как домашнему мастеру или специалисту упростить систему расчетов при определении потерь напряжения по длине кабеля? Можно пользоваться специальными таблицами, приведенными в узкоспециализированной литературе для инженеров ЛЭП. Таблицы рассчитаны по двум основным параметрам — длина кабеля в 1000 м и величина тока в 1 А.
В качестве примера представлена таблица с готовыми расчетами для однофазных и трехфазных электрических силовых и осветительных цепей из меди и алюминия с разным сечением от 1,5 до 70 кв. мм при подаче питания на электродвигатель.
Таблица 1. Определение потерь напряжения по длине кабеля
| Площадь сечения, мм2 | Линия с одной фазой | Линия с тремя фазами | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Питание | Освещение | Питание | Освещение | ||||
| Режим | Пуск | Режим | Пуск | ||||
| Медь | Алюминий | Косинус фазового угла = 0,8 | Косинус фазового угла = 0,35 | Косинус фазового угла = 1 | Косинус фазового угла = 0,8 | Косинус фазового угла = 0,35 | Косинус фазового угла = 1 |
| 1,5 | 24,0 | 10,6 | 30,0 | 20,0 | 9,4 | 25,0 | |
| 2,5 | 14,4 | 6,4 | 18,0 | 12,0 | 5,7 | 15,0 | |
| 4,0 | 9,1 | 4,1 | 11,2 | 8,0 | 3,6 | 9,5 | |
| 6,0 | 10,0 | 6,1 | 2,9 | 7,5 | 5,3 | 2,5 | 6,2 |
| 10,0 | 16,0 | 3,7 | 1,7 | 4,5 | 3,2 | 1,5 | 3,6 |
| 16,0 | 25,0 | 2,36 | 1,15 | 2,8 | 2,05 | 1,0 | 2,4 |
| 25,0 | 35,0 | 1,5 | 0,75 | 1,8 | 1,3 | 0,65 | 1,5 |
| 35,0 | 50,0 | 1,15 | 0,6 | 1,29 | 1,0 | 0,52 | 1,1 |
| 50,0 | 70,0 | 0,86 | 0,47 | 0,95 | 0,75 | 0,41 | 0,77 |
Таблицы удобно использовать для расчетов при проектировании линий электропередач. Пример расчетов: двигатель работает с номинальной силой тока 100 А, но при запуске требуется сила тока 500 А. При нормальном режиме работы cos ȹ составляет 0,8, а на момент пуска значение равно 0,35. Электрический щит распределяет ток 1000 А. Потери напряжения рассчитывают по формуле ∆U% = 100∆U/U номинальное.
Двигатель рассчитан на высокую мощность, поэтому рационально использовать для подключения провод с сечением 35 кв. мм, для трехфазной цепи в обычном режиме работы двигателя потери напряжения равны 1 вольт по длине провода 1 км. Если длина провода меньше (к примеру, 50 метров), сила тока равна 100 А, то потери напряжения достигнут:
∆U = 1 В*0,05 км*100А = 5 В
Потери на распределительном щите при запуске двигателя равны 10 В. Суммарное падение 5 + 10 = 15 В, что в процентном отношении от номинального значения составляет 100*15*/400 = 3,75 %. Полученное число не превышает допустимое значение, поэтому монтаж такой силовой линии вполне реальный.
На момент пуска двигателя сила тока должна составлять 500 А, а при рабочем режиме — 100 А, разница равна 400 А, на которые увеличивается ток в распределительном щите. 1000 + 400 = 1400 А. В таблице 1 указано, что при пуске двигателя потери по длине кабеля 1 км равны 0,52 В, тогда
∆U при запуске = 0,52*0,05*500 = 13 В
∆U щита = 10*1400/100 = 14 В
∆U суммарные = 13+14 = 27 В, в процентном отношении ∆U = 27/400*100 = 6,75 % — допустимое значение, не превышает максимальную величину 8 %. С учетом всех параметров монтаж силовой линии приемлем.
Применение сервис-калькулятора
Расчеты, таблицы, графики, диаграммы — точные инструменты для вычисления падения напряжения по длине кабеля. Упростить работу можно, если выполнить расчеты с помощью онлайн-калькулятора. Преимущества очевидны, но стоит проверить данные на нескольких ресурсах и отталкиваться от среднего полученного значения.
Как это работает:
- Онлайн-калькулятор разработан для быстрого выполнения расчетов на основе исходных данных.
- В калькулятор нужно ввести следующие величины — ток (переменный, постоянный), проводник (медь, алюминий), длина линии, сечение кабеля.
- Обязательно вводят параметры по количеству фаз, мощности, напряжению сети, коэффициенту мощности, температуре эксплуатации линии.
- После введения исходных данных программа определяет падение напряжения по линии кабеля с максимальной точностью.
- Недостоверный результат можно получить при ошибочном введении исходных величин.
Пользоваться такой системой можно для проведения предварительных расчетов, поскольку сервис-калькуляторы на различных ресурсах показывают не всегда одинаковый результат: итог зависит от грамотной реализации программы с учетом множества факторов.
Тем не менее, можно провести расчеты на трех калькуляторах, взять среднее значение и отталкиваться от него на стадии предварительного проектирования.
Как сократить потери
Очевидно, что чем длиннее кабель на линии, тем больше сопротивление проводника при прохождении тока и, соответственно, выше потери напряжения.
Есть несколько способов сократить процент потерь, которые можно использовать как самостоятельно, так и комплексно:
- Использовать кабель большего сечения, проводить расчеты применительно к другому проводнику. Увеличение площади сечения токоведущих жил можно получить при соединении двух проводов параллельно. Суммарная площадь сечения увеличится, нагрузка распределится равномерно, потери напряжения станут ниже.
- Уменьшить рабочую длину проводника. Метод эффективный, но его не всегда можно использовать. Сократить длину кабеля можно при наличии резервной длины проводника. На высокотехнологичных предприятиях вполне реально рассмотреть вариант перекладки кабеля, если затраты на трудоемкий процесс гораздо ниже, чем расходы на монтаж новой линии с большим сечением жил.
- Сократить мощность тока, передаваемую по кабелю большой протяженности. Для этого можно отключить от линии несколько потребителей и подключить их по обходной цепи. Данный метод применим на хорошо разветвленных сетях с наличием резервных магистралей. Чем ниже мощность, передаваемая по кабелю, тем меньше греется проводник, снижаются сопротивление и потери напряжения.
Внимание! При эксплуатации кабеля в условиях повышенной температуры проводник нагревается, падение напряжения растет. Сократить потери можно при использовании дополнительной теплоизоляции или прокладке кабеля по другой магистрали, где температурный показатель существенно ниже.
Расчет потерь напряжения — одна из главных задач энергетической отрасли. Если для конечного потребителя падение напряжения на линии и потери электроэнергии будут практически незаметными, то для крупных предприятий и организаций, занимающихся подачей электроэнергии на объекты, они впечатляющие. Снизить падение напряжения можно, если правильно выполнить все расчеты.
рассчитываем потери и уменьшаем затраты
Для работы электроприборов необходимы определённые параметры сети. Провода обладают сопротивлением электрическому току, поэтому при выборе сечения кабелей необходимо учитывать падение напряжения в проводах.
Изменение напряжения вдоль линии
Что такое падение напряжения
При измерении в разных частях провода, по которому течёт электрический ток, по мере движения от источника к нагрузке наблюдается изменение потенциала. Причина этого – сопротивление проводов.
Закон Ома
Как замеряется падение напряжения
Измерить падение можно тремя способами:
- Двумя вольтметрами. Замеры производятся в начале и конце кабеля;
- Поочерёдно в разных местах. Недостаток метода в том, что при переходах может измениться нагрузка или параметры сети, что повлияет на показания;
- Одним прибором, подключённым параллельно кабелю. Падение напряжения в кабеле мало, а соединительные провода большой длины, что приводит к погрешностям.
Важно! Падение напряжения может составлять от 0,1В, поэтому приборы используются класса точности не ниже 0,2.
Принцип замера потерь напряжения в кабеле
Сопротивление металлов
Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц. В металлах это движение свободных электронов сквозь кристаллическую решётку, которая оказывает сопротивление этому движению.
В расчетах удельное сопротивление обозначается буквой «p» и соответствует сопротивлению одного метра провода сечением 1мм².
Для самых распространённых металлов, используемых для изготовления проводов, меди и алюминия, этот параметр равен 0,017 и 0,026 Ом*м/мм², соответственно. Сопротивление отрезка провода вычисляется по формуле:
R=(p*l)/S, где:
- l – длина,
- S – сечение кабеля.
Например, 100 метров медного провода сечением 4мм² имеет сопротивление 0,425 Ом.
Если сечение S неизвестно, то, зная диаметр проводника, оно рассчитывается как:
S=(π*d²)/4, где:
- π – число «пи» (3,14),
- d – диаметр.
Как рассчитать потери напряжения
По закону Ома, при протекании тока через сопротивление на нём появляется разность потенциалов. В этом отрезке кабеля при токе 53А, допустимом при открытой прокладке, падение составит U=I*R=53А*0,425Ом=22,5В.
Для нормальной работы электрооборудования величина напряжения сети не должна выходить за пределы ±5%. Для бытовой сети 220В – это 209-231В, а для трёхфазной сети 380В допустимые пределы колебаний – 361-399В.
При изменении потребляемой мощности и тока в электрокабелях падение напряжения в токопроводящих жилах и его значение возле потребителя меняется. Эти колебания необходимо учитывать при проектировании электроснабжения.
Выбор по допустимым потерям
При расчёте потерь необходимо учитывать, что в однофазной сети используется два провода, соответственно, формула расчёта падения напряжения меняется:
U=I*R=(p*2l)/S.
В трёхфазной сети ситуация сложнее. При равномерной нагрузке, например, в электродвигателе, мощности, подключенные к фазным проводам, компенсируют друг друга, ток по нулевому проводу не идёт, и его длина в расчётах не учитывается.
Если нагрузка неравномерная, как в электроплитах, в которых может быть включен только один ТЭН, то расчёт ведётся по правилам однофазной сети.
В линиях большой протяжённости, кроме активного, учитывается также индуктивное и ёмкостное сопротивление.
Принцип образования потерь напряжения
Расчёт можно выполнить по таблицам или при помощи онлайн-калькулятора. В ранее приведённом примере в однофазной сети и при расстоянии 100 метров необходимое сечение составит не менее 16мм², а в трёхфазной – 10 мм².
Выбор сечения кабелей по нагреву
Ток, текущий через сопротивление, выделяет энергию Р, величина которой рассчитывается по формуле:
Р=I²*R.
В кабеле из предыдущего примера Р=40А²*0,425Ом=680Вт. Несмотря на длину, этого достаточно для того, чтобы нагреть проводник.
При нагреве провода свыше допустимой температуры изоляция выходит из строя, что приводит к короткому замыканию. Величина допустимого тока зависит от материала токопроводящей жилы, изоляции и условий прокладки. Для выбора необходимо пользоваться специальными таблицами или онлайн-калькулятором.
Как уменьшить падение напряжения в кабеле
При прокладке электропроводки на большие расстояния сечение кабеля, выбранное по допустимому падению напряжения, многократно превосходит выбор, сделанный по нагреву, что приводит к увеличению стоимости электроснабжения. Но есть способы уменьшить эти расходы:
- Повысить потенциал в начале питающего кабеля. Возможно только это при подключении к отдельному трансформатору, например, в дачном посёлке или микрорайоне. При отключении части потребителей потенциал в розетках остальных окажется завышенным;
- Установка возле нагрузки стабилизатора. Это требует расходов, но гарантирует постоянные параметры сети;
- При подключении нагрузки 12-36В через понижающий трансформатор или блок питания располагать их рядом с потребителем.
Справка. При понижении напряжения растёт ток в сети, падение напряжения и необходимое сечение проводов.
Способы снижения потерь в кабеле
Кроме нарушения нормальной работы электроприборов, падение напряжения в проводах приводит к дополнительным расходам на электроэнергию. Уменьшить эти затраты можно разными способами:
- Увеличение сечения питающих проводов. Этот метод требует значительных расходов на замену кабелей и тщательной проверки экономической целесообразности;
- Уменьшение длины линии. Прямая, соединяющая две точки, всегда короче кривой или ломаной линии. Поэтому при проектировании сетей электроснабжения линии следует прокладывать максимально коротким прямым путём;
- Снижение окружающей температуры. При нагреве сопротивление металлов растёт, и увеличиваются потери электроэнергии в кабеле;
- Уменьшение нагрузки. Этот вариант возможен при наличии большого числа потребителей и источников питания;
- Приведение cosφ к 1 возле нагрузки. Это уменьшает потребляемый ток и потери.
Важно! Все изменения необходимо отображать на схемах.
К сведению. Улучшение вентиляции в кабельных лотках и других конструкциях приводит к снижению температуры, сопротивления и потерь в линии.
Для достижения максимального эффекта необходимо комбинировать эти способы между собой и с другими методами энергосбережения.
Расчёт падения напряжения и потерь электроэнергии в кабеле важен при проектировании систем электроснабжения и кабельных линий.
Видео
причины снижения, использование формул и онлайн-калькулятора
При проектировании электросетей с небольшими токами часто проводятся расчет потерь напряжения в проводниках. Полученные результаты затем используются для определения оптимального сечения токоведущих жил. Если во время выбора проводов и кабелей будет допущена ошибка, то электросистема быстро выйдет из строя либо вовсе не запустится. Для проведения необходимых вычислений используются специальные формулы или онлайн-калькуляторы.
Причины потерь
Каждый электрик знает, что кабеля состоят из жил. Они изготавливаются из меди либо алюминия и покрыты изоляционным слоем. Для защиты от механических повреждений проводники помещаются в дополнительную полимерную оболочку. Так как токоведущие жилы плотно расположены и сжаты защитным покрытием, при большой протяженности магистрали они начинают работать по принципу конденсатора. Говоря проще, в сердечниках создается заряд, обладающий емкостным сопротивлением.
Схема потери напряжения в проводах имеет следующий вид:
- При прохождении электротока проводник нагревается, что приводит к появлению емкостного сопротивления, являющегося частью реактивного.
- Под воздействием процессов, протекающих в различных элементах цепи, мощность электроэнергии становится индуктивной.
- В итоге резистивное сопротивление токоведущих жил кабеля в каждой фазе электроцепи преобразуется в активное сопротивление.
- Провод подсоединяется на токовую нагрузку с комплексным сопротивлением по каждой жиле.
- Если сеть трехфазная, то все три линии будут симметричными, а нейтральный проводник пропускает электроток по значению близкий к нулю.
- Из-за общего сопротивления жил наблюдается падение напряжения по длине кабеля при прохождении тока с векторным отклонением благодаря наличию реактивной составляющей.
Если этот процесс представить графически, то показателем потерь окажется отрезок AD.
Выполнять такие вычисления вручную довольно сложно и сейчас часто используется онлайн-калькулятор. Потери напряжения, рассчитанные с его помощью, оказываются довольно точными, а погрешность минимальна.
Последствия снижения напряжения
В соответствии с нормативной документацией, потери на магистрали от трансформатора до самой удаленной точки для общественных объектов не должны превышать 9%. Что касается возможных потерь в месте ввода линии к конечному пользователю, то этот показатель должен составлять не более 4%.
В случае отклонения от указанных пределов возможны следующие последствия:
- Энергозависимое оборудование не сможет нормально функционировать.
- При низком напряжении на входе возможен отказ в работе электроприборов.
- Токовая нагрузка не будет распределяться равномерно между потребителями.
К характеристикам ЛЭП предъявляются высокие требования. При их проектировании необходимо рассчитать возможные потери не только в магистральных сетях, но и вторичных.
Рекомендации по расчетам
Для расчета потерь напряжения можно использовать несколько способов. Рассмотреть стоит все, чтобы каждый электрик смог выбрать наиболее привлекательный в зависимости от ситуации.
Применение таблиц и формул
На практике при монтаже электромагистралей используются медные или алюминиевые проводники. Зная показатели удельного сопротивления этих материалов, а также силу тока и сопротивление проводов, можно использовать следующие формулы падения напряжения:
Домашний мастер и даже специалист может воспользоваться специальными таблицами. Это довольно удобный и простой способ проведения необходимых расчетов. Однако в некоторых случаях требуется получить максимально достоверный результат, учитывая показатели активного и реактивного сопротивления. В такой ситуации приходится использовать более сложную формулу:
Для обеспечения оптимальной нагрузки в трехфазной сети каждая фаза должна быть нагружена равномерно. Для решения поставленной задачи подключение электромоторов следует выполнять к линейным проводникам, а светильников – между нейтральной линией и фазами.
Онлайн сервисы
Применение формул, графиков и таблиц является довольно трудоемким процессом. Не всегда необходимо получить максимально точные результаты и в такой ситуации стоит воспользоваться онлайн-калькуляторами. Эти сервисы работают следующим образом:
- В программу вводятся показатели силы тока, материал проводника, сечение токоведущих жил и длина магистрали.
- Также потребуется предоставить информацию о количестве фаз, напряжению в сети, мощности и температуре линии во время эксплуатации.
- После введения всех необходимых данных программа автоматически выполнит все нужные расчеты.
На стадии предварительного проектирования стоит воспользоваться несколькими сервисами и затем определить среднее значение. Следует признать, что определенная погрешность в расчетах при использовании онлайн-калькуляторов присутствует.
Сокращение потерь
Вполне очевидно, что потери зависят от длины проводника в магистрали. Чем этот параметр выше, тем сильнее упадет напряжение. Для сокращения потерь можно использовать несколько методов:
- Увеличить сечение проводника для равномерного распределения нагрузки на линии.
- Уменьшить длину кабеля, что не всегда возможно.
- Снизить мощность тока, передаваемого по проводу большой протяженности.
Последний способ отлично работает в электросетях, имеющих несколько резервных линий. Также следует помнить, что напряжение может падать при условии увеличения температуры кабеля. Если во время прокладки кабеля использовать дополнительные мероприятия по теплоизоляции, то потери можно сократить.
В энергетической отрасли расчет падения напряжения на магистрали является одной из важнейших задач. Если все вычисления были проведены грамотно, то у потребителя не возникнет проблем с эксплуатацией электрооборудования.
Не могли бы вы указать потери в кабелях для различных кабелей, которые вы используете в своих антеннах?
Потери в кабеле означает величину потери мощности на длине кабеля. Например, чем больше длина кабеля, тем больше теряется мощность. Правильный термин для потери в кабеле — «Вносимая потеря».
Потери в кабеле — это фактор, который необходимо учитывать при проектировании системы. Потери, вносимые кабелем, зависят от частоты. Mobile Mark протестировал некоторые кабели, которые мы используем в наших конструкциях, и результаты измерений были нанесены на график в зависимости от частоты.Это дает разработчику системы простой способ определить фактические потери, вносимые кабелем в систему в целом. Здесь следует отметить, что эти результаты, как упомянуто выше, являются результатами измерений, поэтому на этих графиках можно получить более практическое указание характеристик кабеля в зависимости от частоты. Потери указаны в дБ / 100 футов; поэтому необходимо использовать фактическую длину кабеля в системе для преобразования значения из графика в потери, вносимые кабелем в системе. Следует также отметить, что измерения проводились с использованием разъемов SMA на концах кабельной сборки.
| Потери на фут | ||||
|---|---|---|---|---|
| Тип общего кабеля | 900 МГц | 2000 МГц | 2500 МГц | 5000 МГц |
| RG-174 | 0,32 дБ | 0,49 дБ | 0,50 дБ | НЕ рекомендуется |
| RG-58 | 0,14 дБ | 0,21 дБ | 0,24 дБ | 0,43 дБ |
| РФ-195 | 0.10 дБ | 0,15 дБ | 0,17 дБ | 0,25 дБ |
| ЛМР-240 | 0,07 дБ | 0,10 дБ | 0,14 дБ | 0,17 дБ |
| LMR-400 | 0,04 дБ | 0,06 дБ | 0,07 дБ | 0,12 дБ |
Кабели бывают разных типов и из разных материалов. Диаметр обычно влияет на характеристики антенны. Более толстые кабели имеют меньшие потери (меньшие потери энергии), однако, чем длиннее кабель, тем больше потери в кабеле.
Общие сведения об анализе кабелей и антенн
1.0 Введение
Кабельная и антенная система играет решающую роль в общей производительности системы базовой станции. Ухудшение характеристик и сбои в антенной системе могут привести к ухудшению качества передачи голоса или обрыву вызовов. С точки зрения оператора, это может в конечном итоге привести к потере дохода.
Хотя проблемную базовую станцию можно заменить, заменить кабельную и антенную систему не так-то просто.Задача выездного специалиста — устранить неполадки в кабельной и антенной системе и убедиться, что общее состояние связи система работает, как ожидалось.
Сегодня выездные техникиполагаются на портативные анализаторы кабелей и антенн для анализа, поиска и устранения неисправностей, определения характеристик и обслуживания системы. Цель этого технического документа — охватить основы основных измерений анализа кабелей и антенн; Обратные потери, потери в кабеле и расстояние до повреждения (DTF).
2.0 Рефлектрометрия в частотной области
В большинстве современных анализаторов, используемых сегодня для определения характеристик антенной системы, используется технология рефлектрометрии в частотной области (FDR). Эта технология использует радиочастотные частоты для анализа данных, что дает возможность обнаруживать изменения и ухудшения рабочих частот. Анализ данных в частотной области позволяет пользователям находить небольшие ухудшения или изменения в системе и, таким образом, может предотвратить серьезные сбои системы. Еще одним важным преимуществом анализа системы с использованием РЧ-развертки является то, что антенны тестируются на их правильной рабочей частоте, и сигнал проходит через частотно-избирательные устройства, такие как фильтры, четвертьволновые грозовые разрядники или дуплексеры, которые являются общими для сотовых антенных систем.
Проверить вводимые потери кабеля с уровня земли
3,0 Обратные потери / КСВ
Измерения обратных потерь и КСВН являются ключевыми измерениями для всех, кто производит измерения кабелей и антенн в полевых условиях. Эти измерения показывают пользователю соответствие системы и ее соответствие техническим спецификациям системы. Если проблемы обнаруживаются во время этого теста, очень высока вероятность того, что в системе есть проблемы, которые затронут конечного пользователя.Плохо согласованная антенна будет отражать дорогостоящую радиочастотную энергию, которая не будет доступна для передачи и вместо этого попадет в передатчик. Эта дополнительная энергия, возвращаемая передатчику, не только исказит сигнал, но также повлияет на эффективность передаваемой мощности и соответствующую зону покрытия.
Например, измерение обратных потерь системы на 20 дБ считается очень эффективным, поскольку возвращается только 1% мощности и передается 99% мощности. Если возвратные потери составляют 10 дБ, возвращается 10% мощности.В то время как разные системы имеют разные допустимые пределы обратных потерь, 15 дБ или лучше является общим системным пределом для кабельной и антенной системы.
Хотя антенная система может быть неисправна по любому количеству причин, плохо установленные разъемы, помятые / поврежденные коаксиальные кабели и дефектные антенны имеют тенденцию преобладать в тенденциях отказов.
Return Loss и VSWR отображают соответствие системы, но показывают его по-разному.Обратные потери показывают отношение отраженной мощности к опорной мощности в дБ. Просмотр обратных потерь обычно предпочтительнее из-за преимуществ логарифмических дисплеев; одна из них заключается в том, что легче сравнивать малое и большое число в логарифмическом масштабе.
Шкала обратных потерь обычно устанавливается от 0 до 60 дБ, где 0 означает обрыв или короткое замыкание, а 60 дБ было бы близко к идеальному совпадению.
В отличие от Return Loss, VSWR отображает соответствие системы линейно.КСВН измеряет соотношение пиков и спадов напряжения. Если совпадение не идеальное, пики и спады возвращаемого сигнала не будут точно совпадать с переданным сигналом, и чем больше это число, тем хуже совпадение. Идеальное или идеальное совпадение в терминах VSWR было бы 1: 1. Более реалистичное соответствие для кабельно-антенной системы составляет порядка 1,43 (15 дБ). Производители антенн обычно указывают соответствие в КСВН. Масштаб КСВН обычно устанавливается по умолчанию от 1 до 65.
Для преобразования КСВН в возвратные потери:
Кривая на рисунке 1 показывает измерение возвратных потерь антенны сотовой связи, согласованной в диапазоне 806–869 МГц. Шкала амплитуды возвратных потерь установлена в диапазоне от 0,5 дБ до 28 дБ. Дисплей VSWR на правом графике измеряет ту же антенну, а шкала амплитуды настроена в соответствии со шкалой измерения возвратных потерь. Два графика иллюстрируют взаимосвязь между КСВН и возвратными потерями.
Изображение 1: Отображение возвратных потерь
Изображение 2: Дисплей VSWR
4.0 Потеря кабеля
По мере прохождения сигнала по пути передачи часть энергии будет рассеиваться в кабеле и компонентах. Измерение потерь в кабеле обычно выполняется на этапе установки, чтобы убедиться, что потери в кабеле находятся в пределах спецификации производителя.
Измерение может быть выполнено с помощью портативного векторного / скалярного анализатора цепей или силового метр. Потери в кабеле можно измерить с помощью измерения обратных потерь, доступного в анализаторе кабелей и антенн.Поместив короткое замыкание на конец кабеля, сигнал отражается обратно, и можно вычислить потерю энергии в кабеле. Производители оборудования предлагают получить средние потери в кабеле для диапазона частот развертки, добавив пик кривой к впадине кривой и разделив на два в режиме потерь в кабеле или разделив на четыре в режиме обратных потерь (чтобы учесть обратный ход сигнала. и далее).
Большинство портативных анализаторов кабелей и антенн сегодня оснащены режимом потерь в кабеле, который отображает средние потери в кабеле в диапазоне частот развертки.Обычно это предпочтительный метод, поскольку он устраняет необходимость в математике. График на рисунке 3 ниже показывает измерение потерь в кабеле между 1850 и 1990 МГц. Маркеры на пике и впадине могут использоваться для вычисления среднего значения. Этот портативный прибор вычисляет средние потери в кабеле для пользователя, как это видно в левой части дисплея.
Изображение 3: Измерение потерь в кабеле
Увеличение частоты РЧ и длины кабеля приведет к увеличению вносимых потерь.Кабели большего диаметра имеют меньшие вносимые потери и лучшие возможности управления мощностью, чем кабели меньшего диаметра.
5.0 Влияние потерь в кабеле на возвратные потери системы
При создании системы необходимо учитывать вносимые потери кабеля. измерения возвратных потерь. На рисунке ниже показано, как потери в кабеле изменяют воспринимаемые характеристики антенны. Сама антенна имеет возвратные потери 15 дБ, но 5 дБ вносимые потери улучшают воспринимаемые возвратные потери системы на 10 дБ (5 дБ * 2).Несмотря на то, что это то, что проектировщики системы принимают во внимание при настройке спецификаций объекта, важно знать, какое влияние вносимые потери, а также возвратные потери в кабеле могут иметь на общие возвратные потери системы. Очень хорошие возвратные потери системы не обязательно могут быть результатом отличной антенны; это может быть неисправный кабель со слишком большими вносимыми потерями и антенна, не отвечающая техническим требованиям. Это привело бы к большему, чем ожидалось, падению сигнала, и как только сигнал достигнет антенны, большая часть сигнала теперь отражается, поскольку совпадение хуже, чем ожидалось.Конечным результатом является то, что передаваемый сигнал ниже необходимого, и теперь это влияет на общую зону покрытия. Другими словами, если возвратные потери вашей системы слишком велики, это не всегда хорошо.
6.0 Расстояние до места повреждения (DTF)
Измерение обратных потерь / КСВН характеризует производительность всей системы. Если какой-либо из них не работает, измерение DTF можно использовать для поиска неисправностей в системе и определения точного местоположения неисправности. Важно понимать, что измерение DTF — это строго инструмент для поиска и устранения неисправностей, и его лучше всего использовать для сравнения относительных данных и отслеживания изменений во времени с основной целью обнаружения неисправностей и измерения длины кабеля.Использование значений абсолютной амплитуды DTF, полученных из данных DTF, в качестве замены для возвратных потерь или в качестве индикатора годен / не годен, не рекомендуется, потому что существует очень много переменных, которые влияют на показания DTF, включая изменение скорости распространения, неточности вносимых потерь всей системы , паразитные сигналы, колебания температуры и математические ограничения; следовательно Системным инженерам очень сложно придумать цифры, которые учитывают все это рассмотрение. При правильном использовании измерение DTF на сегодняшний день является лучшим методом устранения проблем с кабелем и антенной.
Измерение DTF основано на той же информации, что и измерение обратных потерь или измерение потерь в кабеле. Измерение DTF проверяет кабель в частотной области, а затем с помощью обратного быстрого преобразования Фурье (IFFT) данные могут быть преобразованы из частотной области во временную. Другими словами, если вы забыли сделать DTF измерения, но с измерением возвратных потерь и сохранением доступа к данным амплитуды и фазы однопортового измерения. Вам не о чем беспокоиться, потому что данные амплитуды и фазы можно использовать для создания графика DTF в программном обеспечении.
Диэлектрический материал в кабеле влияет на скорость распространения, которая влияет на скорость сигнала, проходящего по кабелю. Точность значения скорости распространения (vp) будет определять точность определения местоположения неоднородности. Ошибка ± 5% в значении vp соответственно повлияет на точность измерения расстояния, и конец 80-футового кабеля может оказаться где-то между 76 и 84 футами. Даже если значение vp скопировано из таблицы производителя, все равно могут быть некоторые расхождения между интерпретируемым и фактическим разрывов расстояния.Это результат добавления всех компонентов в систему. Обычные системы базовых станций могут включать в себя главную линию питания, перемычку линии питания, переходники, верхние перемычки, и, хотя основная линия питания вносит наибольший вклад, скорость прохождения сигнала через другие части системы может быть разной.
Точность значений амплитуды обычно имеет меньшее значение, поскольку DTF должен использоваться для устранения неполадок в системе и поиска проблем, независимо от того, находится ли разъем на 30 дБ или 35 дБ может быть не так интересен, как если бы разъем был на уровне 35 дБ год назад, а теперь он на 30 дБ.В то время как значение скорости распространения остается довольно постоянным во всем частотном диапазоне, вносимые потери кабеля остаются неизменными, и это также влияет на точность амплитуды.
Большинство портативных инструментов, доступных сегодня, имеют встроенные таблицы, которые включают значения скорости и значения вносимых потерь кабеля для различных частот наиболее часто используемых кабелей. Это упрощает задачу для полевого техника, поскольку он / она может найти кабель. введите и получите правильные значения vp и потерь в кабеле.
В таблице ниже показаны различные уровни потерь в двух часто используемых кабелях.
| Кабель | Скорость пропуска | 1000 МГц | 2500 МГц |
|---|---|---|---|
| Андрей LDF4-50A | 0,88 | 0,073 дБ / м | 0,120 дБ / м |
| Андрей HJ4.5-50 | 0,92 | 0.054 дБ / м | 0,089 дБ / м |
7.0 Разрешение неисправности, разрешение дисплея и максимальное расстояние
Термин «разрешение» может сбивать с толку, и определения могут различаться. Для DTF важно понимать разницу между разрешением ошибки и разрешением экрана, потому что значения различаются.
Разрешение неисправности — это способность системы разделять два близко расположенных сигнала. Две несплошности расположены на 0.5 футов друг от друга не будут идентифицированы в DTF измерение, если разрешение ошибки составляет 2 фута. Поскольку DTF качается в частотной области, частотный диапазон влияет на разрешение ошибки. Более широкий частотный диапазон означает лучшее разрешение неисправностей и меньшее максимальное расстояние. Точно так же более узкий частотный диапазон приводит к более широкому разрешению неисправностей и большему максимальному горизонтальному расстоянию. Единственный способ улучшить разрешение неисправностей — увеличить частотный диапазон.
Моделирование MATLAB, приведенное ниже на основе алгоритма DTF, показывает, как моделируемые два сбоя -20 дБм, которые имеют место на расстоянии 2 футов на 9 и 11 футов, появляются только тогда, когда частотный диапазон был расширен с 1850–1990 МГц до 1500–1990 МГц.Развертка 1850–1990 МГц дает разрешение ошибок 3,16 фута (vp = 0,91), а развертка 1500–1990 МГц дает разрешение ошибок 0,9 фута. Больше точек данных в примере на рисунке 7 дало бы нам более точное разрешение дисплея, но это было бы только более красивое отображение того же графика. Не было бы неважно, если бы у нас было 20000 точек данных, две ошибки все равно не проявились бы, если частотный диапазон расширен.
Любопытный наблюдатель также заметит, что амплитуда двух неоднородностей на Рисунке 8 составляет -20 дБмВт.В первом примере две амплитуды в сумме создают одно повреждение с большей амплитудой, чем два отдельных разлома.
Рисунок 7 : Развертка DTF 1850-1990 МГц
Рисунок 8 : Развертка DTF 1500-1990 МГц
8.0 DTF Пример:
Разрешение ошибки (м) = 150 * vp / ΔF (МГц)
Разрешение ошибки (ft) = 15000 * vp / (ΔF * 30,48)
Используя пример на Рисунке 9,
Разрешение ошибки (фут) = 15000 * 0.88 / ((1100-600) * 30,48) = 0,866 фута
Dmax — это максимальное горизонтальное расстояние, которое может измерить прибор. Это зависит от количества точек данных и разрешения ошибки.
Dmax = (точки данных-1) * Разрешение ошибки
Используя пример на Рисунке 9,
(фут) = (551-1) * 0,866 фут = 476,3 фута
Изображение 9: Измерение DTF
9.0 Интерпретация измерений DTF
В идеальном мире измерение DTF должно проводиться без частотно-избирательных компонентов на пути и только с оконечной нагрузкой на конце кабеля.В большинстве случаев это не так, и технику необходимо понимать, как проводить измерения с различными компонентами на пути и на конце кабеля.
На рисунках 10 и 11 ниже показаны графики измерений DTF одной и той же установки прибора. Два 40-футовых кабеля LDF4-50A соединены вместе с открытым концом кабеля на Рисунке 10 и антенной PCS, подключенной к концу кабеля на Рисунке 11. Единственная разница между двумя графиками — это уровень амплитуды пик, показывающий конец кабеля.
Изображение 10 : DTF Open
Рисунок 11 : Антенна DTF PCS
Рисунок 12: Антенна DTF PCS с неисправностью
На рисунке 14 показано, как электрическая длина ТМА на рисунке 13 влияет на измерение расстояния в системе. График на рисунке 13 показывает измерение передачи двухпортового двухдуплексного LNA. На рисунке 14 показано измерение DTF этой системы с разверткой TMA в тракте, а конечное соединение обнаруживается на высоте 106 футов, потому что TMA проходило с разверткой как по полосам восходящего, так и по нисходящему каналу TMA.Конец той же системы без TMA на пути виден на высоте 83 фута (Рисунок 11).
Изображение 13 : 2-портовые измерения TMA
Изображение 14 : DTF с TMA на пути
Сводка
Кабельная и антенная система играет важную роль в общей производительности сотовый сайт. Небольшие изменения в антенной системе могут повлиять на сигнал, зону покрытия и в конечном итоге вызовет потерю вызовов. Использование портативных анализаторов кабелей и антенн для определения характеристик систем связи может значительно упростить обслуживание и общую производительность.
Измерения обратных потерь / КСВН используются для характеристики системы. Если совпадение вне спецификации системы, измерение DTF может использоваться для устранения неполадок проблемы, обнаруживать неисправности и отслеживать изменения с течением времени.
— Таймс Микроволновая печь
Параметры производительности продукта
| Номинальное затухание | 0 дБ / 100 футов, 0 дБ / 100 м |
| Средняя мощность | 0 кВт |
| Кабель Vg | 0% |
| Номинальный Td | 0 нс / фут, 0 нс / м |
| Емкость | 0 пФ / фут, 0 пФ / м |
| Типичная потеря соединителя | 0 дБ / пара |
Характеристики кабельной сборки
| Максимальные вносимые потери кабельной сборки | 0 дБ |
| Эффективность кабельной трассы | 0% |
| Задержка времени прохождения кабеля | 0 нс |
Значения являются расчетными номинальными характеристиками при 25 ° C.Фактические измеренные значения могут отличаться от расчетных значений, основанных на производственных допусках, длина кабельной сборки, характеристики разъема, фактическая рабочая частота и точность измерения.
Калькулятор будет возвращать данные только для частот ниже частоты среза или fco кабеля. Предупреждение отображается при представлении данных выше максимальной частоты, проверенной во время производственных испытаний кабеля.
Расчет мощности основан на работе в контролируемых условиях: 25 ° C, на уровне моря, в неподвижном воздухе (естественная конвекция).Обработка мощности может быть ограничена выбором разъема. Если ваше приложение будет работать на высоких уровнях мощности, обратитесь в Times Application Engineering. Представитель для дополнительной информации.
Влияние потерь в кабеле | Максим Интегрированный
Аннотация: Есть много испытательных компаний, которые проектируют, производят и поставляют автоматическое испытательное оборудование (ATE) с большим количеством выводов. Эти тестеры имеют сложные интегральные схемы, управляющие каждым контактом тестера. У тестера может быть до 4096 контактов. Рисунок 1 показывает, что на каждом выводе обычно есть драйвер, компаратор, нагрузка, а иногда даже блок параметрических измерений (PMU). Эта электроника прикрепляется к кабелю, который затем подключается к контакту. Чтобы снизить затраты, поставщик может использовать некачественные кабели. Все кабели, особенно некачественные, страдают от потерь сигнала, которые снижают конечную производительность тестера.
Рис. 1. Типичная настройка тестера для одного контакта тестируемого устройства (DUT).
Определение потерь в кабеле
В типичном коаксиальном кабеле (, рис. 2, ) есть два основных компонента потерь в кабеле: потери из-за скин-эффекта и диэлектрические потери.
Рисунок 2. Типовой коаксиальный кабель.
Потеря скин-эффекта
На высоких частотах сигнал имеет тенденцию распространяться по поверхности внутреннего проводника (показано на рисунке 2). Это известно как потеря скин-эффекта. Эта глубина скин-слоя (δ) определяется как:, где ω — частота в рад / с, µ — магнитная проницаемость проводника в Гн / м, а ρ — сопротивление проводника в омметрах.Потери на скин-эффект вызывают увеличение сопротивления на единицу длины R l и индуктивности на единицу длины L l пропорционально квадратному корню из частоты. Сопротивление на единицу длины рассчитывается как:
, где w — ширина проводника. Для круглой проволоки радиуса r ширина составляет 2πr. Также необходимо добавить сопротивление обратного пути, но обычно оно намного меньше, чем сопротивление прямого пути, и его можно игнорировать.
Диэлектрические потери
Диэлектрический изолятор, показанный на Рисунке 2, также способствует зависящим от частоты потерям в кабеле.Диэлектрическая постоянная (ε) определяется как:, где ε ‘- действительная составляющая диэлектрической проницаемости, а tanδ представляет собой мнимый или тангенс угла потерь, коэффициент рассеяния диэлектрика. Поскольку диэлектрический изолятор влияет на емкость, емкость на единицу длины (C l ) изменяется на C l (1 + jtanδ).
Суммарные потери в кабеле
Включая скин-эффект и диэлектрические потери, модель идеального кабеля на единицу длины может быть изменена с учетом этих потерь, как показано на Рис. 3 .
Рисунок 3. Упрощенная модель кабеля.
Из рисунка 3 мы определяем постоянную распространения как jk = √ZK, где Z — это распределенное последовательное полное сопротивление, а Y — распределенное параллельное полное сопротивление. В этом случае:
Используя приближение разложения Тейлора и дальнейшее упрощение, можно выделить следующий член:
, где Z O — характеристический импеданс линии, ε r — относительная диэлектрическая проницаемость, c — скорость света.
Наконец, нам действительно нужно усиление кабеля, H (f) = e -jk l , где l — длина линии. Используя полученные выше данные, мы приходим к:
, где:
и
Упрощенный вывод, который мы хотим получить из приведенных выше расчетов:
- Потери скин-эффекта (α1) преобладают на низких частотах ( Рисунок 4 )
- Диэлектрические потери (α2) преобладают на высоких частотах (Рисунок 4)
Рис. 4. Представление скин-эффекта (внутренний проводник), диэлектрических потерь и потерь в обратном пути (внешний проводник).
На рисунке 4 представлено основное представление потерь для типичного коаксиального кабеля, показанного на рисунке 2, который имеет характеристическое сопротивление 50 Ом, внутренний медный провод и внешний проводник из стальной оплетки. Каждый кабель будет иметь свои уникальные потери, но все равно будет показывать ту же тенденцию, что и на рисунке 4.
Сводка потерь в кабеле
Целью данной заметки по применению не является предложение строгого математического подхода к выводам потерь в кабеле — его можно получить из различных учебных источников. Однако то, что было продемонстрировано в уравнениях, суммировано на рисунке 4. Из приведенного выше анализа мы получаем следующие важные моменты:- Все кабели имеют потери, и эти потери в конечном итоге ограничивают производительность системы. Размер потерь зависит от качества кабеля и его характеристик.
- Происходящие потери:
а. Потери скин-эффекта, преобладающие на низких частотах
b. Диэлектрические потери, преобладающие на высоких частотах
c. Потери обратного канала, которые незначительны и в большинстве случаев могут быть проигнорированы
d. Потери через соединители, реле и другие соединения, сделанные с выходными узлами или DUT
Зависимость потерь в кабеле от стоимости кабеля
Рисунок 5 показывает потери в кабеле для типичных кабелей, а Таблица 1 сравнивает стоимость некоторых кабелей относительно их потерь.
Рисунок 5. Кабельные потери для различных кабелей.
Таблица 1. Типичная стоимость за фут для различных гибких коаксиальных кабелей от одного выбранного производителя
| Кабель | Потери на частоте 900 МГц (дБ / м) | Стоимость за метр ($) |
| RG174 | 0,75 | 1,3 |
| RG142 | 0,382 | 14,6 |
| RG400 / U | 0,3492 | 15.11 |
| RG232 / U | 0,4589 | 10,4 |
| R393 / U | 0,296 | 22,7 |
| RG58 с малыми потерями | 0,3691 | 1,46 |
| RG58 / U | 0,531 | 1,14 |
| RG8X | 0,25 | 1,79 |
| RG8 | 0,14 | 14,3 |
Банкноты
- Множитель стоимости кабеля хорошего качества по сравнению с кабелем низкого качества достигает двадцати к одному (Рисунок 5, Таблица 1).
- Производители ATE предпочитают недорогие кабели, но могут пострадать от снижения производительности системы, связанного с такими кабелями.
- Контактная электроника без компенсации кабеля не может исправить потери в кабеле.
- Замена дорогостоящих, очень широкополосных, энергоемких драйверов выводов обеспечивает лишь незначительные улучшения по сравнению с более низкой стоимостью, меньшей пропускной способностью и более низким питанием драйверов выводов при использовании кабелей с потерями.
- Использование 4096 кабелей в одном тестере означает, что стоимость кабельной сборки на каждый метр длины может составлять от 5325 до 92 979 долларов (таблица 1).
- Путем переноса компенсации кабеля на контактную электронику экономия на тестерах с 4096 контактами может достигать 92 979–5325 долларов или 87 654 доллара на каждый тестер.
- Значения стоимости в этих примечаниях основаны на информации в таблице 1 и могут значительно различаться в зависимости от производителя ATE. Однако эти цифры подчеркивают высокую стоимость кабельных сборок и, следовательно, то, почему для производителей ATE важно найти альтернативные решения, позволяющие использовать более дешевые кабели.
- Кабели, перечисленные в таблице 1, являются гибкими. Лучшими кабелями являются полужесткие и жесткие. Эти кабели стоят примерно 30 долларов за фут, что в 3 или более раз больше, чем у лучших гибких кабелей. Они будут недоступны для любого производителя тестеров и, следовательно, не используются.
- По мере увеличения частот тестера необходимость в компенсации кабеля становится настоятельной. Тестеры высокого класса уже приближаются к скорости> 1 Гбит / с.
Снижение производительности из-за потери в кабеле
Для тестеров, работающих в диапазоне 200 Мбит / с, потеря кабеля не может быть большой проблемой.Однако для тестеров, работающих на скорости 500 Мбит / с и выше, необходимо очень тщательно проанализировать характеристики всего тракта прохождения сигнала, электроники, кабеля и вывода, чтобы убедиться, что полная производительность правильно измерена на выводе. Следующие характеристики производительности являются наиболее важными для высокоскоростного тестера:- Точность уровней сигнала по постоянному току
- Время нарастания и спада
- Максимальная скорость переключения
- Минимальная длительность импульса
- Точность распространения и согласование по каждой кромке
- Искажения распространения, такие как распространение vs.минимальная ширина импульса, амплитуда и общий режим
Рисунок 6. Переходная характеристика короткого / качественного кабеля.
Рисунок 7.Переходная характеристика более длинного / некачественного кабеля.
На рисунках 6 и 7 показаны формы сигналов, которые большинство инженеров уже видели и о которых знают. Однако следует отметить следующее:
- t0 представляет 50% амплитуды сигнала. Как показывает практика, время нарастания от 10% до 90% составляет около 28,6 x t0. Эти две формы сигнала показывают значительное ухудшение времени нарастания для этих двух длин кабеля.
- Характер спада кривой, ограничивающий полосу пропускания, влияет на максимальную скорость переключения, минимальную ширину импульса и полосу пропускания.Итак, ухудшение пути прохождения сигнала очевидно из этих графиков.
- Ухудшение сигнала не имеет ничего общего с фактическим драйвером. В этом случае мы подаем ступенчатую характеристику с бесконечной полосой пропускания, и именно кабель вызывает замедление времени нарастания.
- При более высоких скоростях и более длинных кабелях эта проблема усугубляется.
- Все кабели, независимо от их длины и качества, в той или иной степени соответствуют характеристикам, показанным на рисунках 6 и 7.
- Крайне важно найти решение для потерь в кабеле, чтобы обеспечить полную пропускную способность драйвера, в противном случае увеличение стоимости кабелей более высокого качества практически не принесет пользы приложению.
- Компенсация кабеля в электронике решает эти проблемы с потерями в кабеле.
Заключение
Кабели, используемые в высокоскоростном тестере, могут повлиять на общую производительность тестера и в конечном итоге ограничить его производительность. Из-за высокой стоимости, которая может быть связана с этими кабелями, в этих высокоскоростных системах обычно используются недорогие кабели с высокими потерями. Поскольку скорости этих тестеров приближаются к 1 Гбит / с и выше, вы больше не можете игнорировать эти потери.Замена драйверов на драйверы с более высокой пропускной способностью не компенсирует потери, вызванные этими кабелями, и, следовательно, кабели ограничивают производительность системы.Необходимо найти решение этих потерь в кабеле, чтобы позволить тестерам с полосой пропускания более 1 Гбит / с работать в полную силу. К счастью, есть решение — встроить кабельную компенсацию в электронику.
Коаксиальные телевизионные кабели и потеря сигнала
Коаксиальные телевизионные кабели и потеря сигнала- ТВ-кабели
Калькулятор потерь в кабеле - Разветвители
- Разъемы
- Адаптеры
- Калькулятор системных потерь
Для подключения антенны к телевизору можно использовать три типа коаксиального кабеля ( RG-6, , RG-11, RG-59).Все коаксиальные телевизионные кабели имеют полное сопротивление 75 Ом (Ом) , и для них используются разъемы F-type папа . В антеннах и телевизорах используются розетки F-типа.
Коаксиальный кабель RG-6
Этот кабель соответствует отраслевому стандарту для домашнего приема. RG-6 доступен с 2, 3 или 4 слоями экранирования. Трех- или четырехслойный экран лучше защищен от помех, более прочен и долговечен, но немного дороже и менее гибкий, чем двойной экран.Наружные кабели должны иметь четырехслойный экран (4 слоя экрана).
RG-11 коаксиальный кабель
Этот кабель можно использовать, если потеря сигнала является проблемой, обычно это длинный кабель. Преимущества RG-11 в том, что он имеет наименьшие потери и доступен с 2, 3 или 4 слоями экранирования. Он также может передавать сигналы высокой мощности. Из минусов — он дороже, менее гибкий, больше и тяжелее. Этот кабель в первую очередь предназначен для передачи большой мощности и длинных кабельных трасс.
RG-59 коаксиальный кабель
Этот кабель можно использовать, но он немного более подвержен потерям и имеет только один слой экранирования.RG-59 обычно используется в помещениях для необработанных видеосигналов (рекордеры, игры и т. Д.). RG-59 использовался для эфирного телевидения до того, как RG-6 стал распространенным.
Двухжильный кабель
Этот кабель иногда называют плоским или ленточным, и его следует заменить. Двойной вывод хорошо работает на частотах VHF (RF 2-13) и особенно хорош на каналах VHF-Lo (RF 2-6), но не имеет экранирования и непригоден для каналов UHF (RF 14-69). См. Частоты трансляции. Некоторые двухжильные кабели плохо переносят погодные условия и со временем ухудшаются (потеря сигнала).
Рекламные ссылки
Потеря сигнала
Все кабели имеют некоторую потерю сигнала. Потери измеряются в мощности децибел (дБ) . Чем длиннее кабель, тем больше потери. Потери также зависят от частоты: чем выше частота (чем выше канал RF), тем больше потери. Радиочастотные каналы в диапазоне VHF имеют заметно меньшие потери, чем каналы в диапазоне UHF.
- Потеря сигнала зависит от;
- Тип кабеля
- Длина кабеля
- Частота сигнала
РЕЗЮМЕ
| ТВ-кабель | Частота Полоса | Импеданс Ом (Ом) | Разъемы |
|---|---|---|---|
| Коаксиальный кабель (RG #) | VHF / UHF РФ 2-69 | 75 Ом | Тип F, наружный |
| Двухпроводной | УКВ РФ 2-13 | 300 Ом | Лезвие |
| ||||||||||||||||||
| Двойной вывод | -1 дБ / 100 футов VHF-Lo -4 дБ / 100 футов VHF-Hi | • Прием УКВ ТВ | ||||||||||||||||
Кабель Импеданс в Ом ( Ом ), и — отношение электрического поля сигнала к магнитному. RG в кабельном типе означает «Radio Guide» и широко используется для описания характеристик кабеля. Обозначения RG были разработаны военными во время Второй мировой войны. Военные заменили ссылку на радиогид военной спецификацией MIL-C-17.
Расчет убытков составляет оценок . Фактические потери могут быть больше или меньше и зависят от качества кабеля и разъема, а также от установки (изгиб кабеля и т. Д.). Разница может составлять от одного до нескольких дБ и более на 100 футов. |
Рекламные ссылки
Разветвитель / объединитель сигналов коаксиального кабеля используется для подключения к нескольким телевизорам и устройствам. Чем больше сигнал разделен (выходные порты), тем больше ослабление сигнала. Двухпортовый разветвитель обрезает сигнал более чем наполовину (-4 дБ), что эквивалентно добавлению около 70 футов кабеля.
— —| Выход Порты | Потеря на порт |
|---|---|
| 2 | -4 дБ |
| 3 | -6 дБ |
| 4 | -8 дБ |
| 8 | -12 дБ |
Неиспользуемые выходные порты разветвителя и стены должны быть завершены нагрузкой 75 Ом или терминатором .
Разделители сигналов (пассивные — без усиления) могут использоваться в качестве сумматоров сигналов для подключения нескольких антенн. Порты Output и Input поменяны местами. Антенны подключены к выходным портам , входной порт подключается к телевизору (ам). Потеря сигнала одинакова для обоих направлений. См. Раздел «Установка нескольких телевизионных антенн».
Два кабеля могут быть подключены с помощью разъема «мама-мама», также называемого цилиндрическим .Настенные пластины для телевизоров используют цилиндрические соединители. Блоки заземления коаксиального кабеля представляют собой цилиндрические соединители с портом для подключения / прокладки заземляющего провода. Разъемы под прямым углом («мама-папа») могут быть полезны для подключения к телевизорам и антеннам в ограниченном пространстве.
Все разъемы вносят небольшие потери сигнала, около -0,5 дБ .
Некоторые антенны и телевизоры имеют только двухжильное соединение и нуждаются в адаптере для подключения к коаксиальному кабелю.И наоборот, для антенны или телевизора с коаксиальным соединением потребуется адаптер для подключения к двухжильному кабелю.
Коаксиально-двухжильный адаптер (75/300 Ом) представляет собой СОГЛАСОВАННУЮ СЕТЬ (схемы) или БАЛАН (ферритовый трансформатор), который обеспечивает согласование импеданса сигнала до 300 или 75 Ом. Адаптеры работают в обоих направлениях (двунаправленные), сигналы идут от коаксиального кабеля к двухпроводному или от двухпроводного к коаксиальному. Адаптеры вносят небольшие потери сигнала, которые увеличиваются с увеличением частоты (канал RF).
| Частота Полоса | РФ Канал | Потери дБ |
|---|---|---|
| VHF-Lo | 2–6 | -0.2 |
| УКВ-Hi | 7-13 | -0,4 |
| УВЧ | 14 | -1,0 |
| УВЧ | 36 | -1,4 |
| УВЧ | 40 | -1,5 |
| УВЧ | 69 | -2,0 |
| 5.) КАЛЬКУЛЯТОР ПОТЕРИ СИСТЕМЫ |
Оцените потери в кабеле на основе типа кабеля, диапазона частот или радиочастотного канала, длины кабеля, количества и типа разветвителей сигнала, разъемов и адаптеров.
| »
; } // скрытие завершено -> Радиочастотный канал Потери в кабеле (дБ) ОБЩАЯ ПОТЕРЯ (дБ) Рассчитать или пересчитать |
Также см. Бустерные / распределительные усилители.
Вершина| Цифровое эфирное телевидение (OTA DTv) Коаксиальные телевизионные кабели и потеря сигнала отадтв.com / кабели / |
гелий 101: потери в кабеле и EIRP.
Есть вопросы о том, какой кабель следует использовать для подключения точки доступа Helium к антенне? Нужна таблица потерь в кабеле для гелия?
Вы не одиноки! Многие люди хотят знать, следует ли им использовать LMR 24, 400 или 900, и какой длины он может быть, или же им следует использовать кабель, поставляемый с их дешевой антенной eBay.
Чтобы ответить на этот вопрос, я расскажу вам, как все это работает.Таким образом, вместо того, чтобы спрашивать меня, будет ли работать ваша антенна XX с YY ножками кабеля ZZ, вы будете знать, как рассчитать ответ.
Во-первых, давайте поговорим о точной, но запутанной терминологии в стране RF (Radio Frequency). Что ж, если вы хотите просто перейти к таблицам потерь в кабеле, перейдите сюда.
Обычно встречаются дБ (децибел), дБм (децибел милливатт) и дБи (изотропный децибел), а также дБм, EIRP, ERP, FSL и другие. Блин, это много!
Начнем с дБ , что означает «децибел».Децибел — это разница между двумя уровнями сигнала. Радиотехники (и все остальные) используют его для добавления или вычитания влияния кабелей (или других «системных устройств») на мощность сигнала.
дБ являются логарифмическими: каждый раз, когда вы добавляете 3 дБ усиления , вы удваиваете к уровню сигнала. Каждый раз, когда вы уменьшаете мощность вдвое, вы вычитаете на 3 дБ . Это означает, что антенна 3 дБи удваивает вашу излучаемую мощность по сравнению с антенной с нулевым усилением! Но подождите … это не может быть правдой, не так ли? Антенны не «добавляют» энергии.
Как я уже писал в других блогах, антенны фокусируют и формируют энергию. Они не добавляют энергии. Это похоже на распылитель из садового шланга с несколькими режимами распыления. Давление воды, поступающей в форсунку, не меняется, но когда вы переключаетесь с «тумана» на «душ» и «струю», характер струи меняется.
Это изменение рисунка, а также результирующий фокус и диапазон измеряются в дБи (изотропный децибел).
Хорошо, это немного запутывает, но я обещаю, вы понимаете это.
«Изотропный» означает одинаковую энергетическую ценность во всех направлениях. Идея заключается в том, что антенна может излучать «шар» идеальной формы. По разным причинам построить изотропную антенну невозможно. Каждая антенна в реальном мире излучает энергию немного неравномерно.
Тем не менее, инженеры по радиосвязи используют идеальный 0 дБи в качестве ориентира. По мере увеличения усиления (дБи изменяется от 0 до 1, от 3 до… 13) картина становится все менее и менее похожей на шар и более сфокусированной в одном направлении и плоскости.
Это подводит нас к EIRP, или эффективной изотропной излучаемой мощности. Это мера излучаемой мощности, исходящей от антенны в направлении ее наибольшего лепестка. Что такое мочка? Позвольте показать вам:
Почему так важно измерение максимальной энергии лепестка EIRP? Потому что это то, что регулирующие органы (например, FCC) используют для измерения мощности, исходящей от антенны.
В США на частоте 915 МГц, которую мы используем, предел FCC для EIRP составляет 36 .Вы получаете EIRP, добавляя передаваемую мощность в дБм (то, что подается в антенну) к усилению антенны в дБи.
Мощность передачи измеряется в дБм , или децибелах милливаттах. Максимальная мощность передачи, которую мы можем использовать в гелиевых горячих точках США, составляет 30 дБмВт или 1 ватт. Для евро максимальная мощность передачи для восходящих линий составляет 14 дБмВт. Вы можете узнать больше об этом здесь, в документации LoRa. Я живу в США, поэтому в этой статье мы будем придерживаться американских номеров.
Передатчик, используемый в гелиевых горячих точках США, выдает 27 дБмВт.Стандартная антенна, поставляемая с оригинальной точкой доступа Helium Hotspot, имела усиление антенны 3 дБи.
Это дает нам общую EIRP 27 дБм + 3 дБи = 30 дБм
Если вы живете в США и делаете математические расчеты, то теперь понимаете, почему антенна 9 дБи является пределом для ваших развертываний Helium Hotspot. 27 дБм + 9 дБи = 36 дБм, или максимально допустимая EIRP.
Но погоди, погоди, Ник. Я думал, этот пост о потерях в кабеле? Почему мы говорим об антеннах и усилении? Что ж, когда вы пропускаете энергию по кабелю, вы теряете ее часть.Различные кабели теряют энергию с разной скоростью, обычно измеряемой в дБ на расстояние. Как правило, более толстые кабели теряют меньше, а более тонкие — больше.
Потери в кабеле влияют на EIRP, потому что помните, что EIRP — это мера того, что «подается в антенну». Итак:
EIRP = мощность передатчика (дБм) — потери в кабеле (дБ) + усиление антенны (дБи)
Вот почему у вас может быть антенна 9 дБи с большим количеством действительных свидетелей, если у вас есть потери в кабеле, которые снижают EIRP до того, что Helium считает «нормальным» пределом.
Прежде чем мы перейдем к таблице потерь в кабеле, давайте рассмотрим еще один термин, который часто используют, а именно FSPL , или потери на трассе в свободном пространстве. Это уменьшение («затухание» для РЧ ботаников) мощности радиосигнала на расстоянии. FSPL важен в Helium, потому что это один из факторов, которые использует блокчейн, чтобы определить, находится ли уровень сигнала любого маяка «вне пределов».
FSPL используется для борьбы с играми. Если у вас в шкафу 10 точек доступа (помните Модесто?), Вы можете «сказать», что они развернуты в виде идеальной сетки, но использование FSPL для расчета силы сигнала, который должен быть сообщен , является одним из способов сделать это. конечно, они на самом деле, скажем, на расстоянии 800 метров друг от друга и не все сложены друг на друга.
Вы можете рассчитать FSPL здесь. Вот как это может выглядеть для 2 точек доступа на расстоянии 50 км друг от друга с прямой видимостью, обе с использованием антенн 3 дБи:
Как узнать, находится ли это в допустимых пределах?
Давай сделаем это! Помните, что ваша точка доступа выдвинула 27 дБмВт. Представим, что вы не используете кабели, поэтому потери в кабеле равны 0.
Мы уже учли коэффициент усиления с помощью калькулятора, поэтому мы просто вычитаем FSPL из передаваемой мощности (27 дБм — 119.4 дБ), чтобы получить ‑92,4 дБ.
Уровень сигнала в пределах нормы. Для гелиевых точек доступа в США этот допустимый уровень сигнала (как правило) находится в диапазоне от –90 до –122, хотя в некоторых случаях он может снижаться до –130. Теперь есть некоторые другие меры, как государственные, так и частные, которые Helium использует для борьбы с играми при оценке получения tx / rx, но это основы.
Итак, со всем этим в качестве фона, вот ваша таблица потерь в кабеле. Используйте мощность передатчика за вычетом потерь в кабеле плюс усиление антенны, чтобы получить EIRP, и убедитесь, что это число составляет 36 дБм или ниже.
Вы можете получить столько подробностей, сколько захотите, но я бы рекомендовал не слишком увлекаться своим EIRP до тысячной дБм.
Наконец, нужно подумать вот о чем: большая мощность, выходящая из вашей антенны, — не всегда хорошо. Эффективный способ спланировать EIRP — это выбрать НАИБОЛЬШЕЕ число, которое, по вашему мнению, может вам сойти с рук, скажем, 30 или ниже. LoRa уже чертовски способна, поэтому «расширение диапазона» с помощью усиления антенны может быть бессмысленным.Я имею в виду, я видел антенну 3 дБи, которая была замечена на расстоянии 170 км. Эта антенна лучше справляется с воздействием на множество локальных горячих точек, чем с более высоким коэффициентом усиления, во многом из-за ее эффективной диаграммы направленности. Более высокий дБи не всегда означает «полезный более длинный диапазон» (или больший доход HNT). Просто есть о чем подумать.
Давай!
Ссылки и ресурсы
СвязанныеОбщие сведения о потерях в коаксиальном кабеле через Pasternack
Предоставлено Pasternack: потери в коаксиальном кабеле
Коаксиальный кабель передает радиочастотную мощность из одной точки в другую, и в идеальном мире такое же количество энергии будет передаваться по кабелю на удаленный конец коаксиального кабеля.Однако реальные условия включают некоторую потерю мощности по длине кабеля. Потери или затухание — одна из наиболее важных характеристик, на которую следует обратить внимание при принятии решения, какой тип коаксиального кабеля использовать в конструкции. Потери определяются в децибелах на единицу длины и на заданной частоте. Таким образом, чем длиннее коаксиальный кабель, тем больше потери. Потери также зависят от частоты, обычно увеличиваясь с частотой, но потери не обязательно линейно зависят от частоты. Потеря мощности происходит по-разному:
Резистивные потери
Резистивные потери в коаксиальном кабеле возникают, когда сопротивление проводников и ток, протекающий в проводниках, приводят к рассеиванию тепла.Скин-эффект ограничивает площадь, через которую протекает ток, что приводит к увеличению резистивных потерь при повышении частоты. Чтобы снизить уровень резистивных потерь, увеличивают проводящую площадь, что приводит к более крупным кабелям с низкими потерями. Также часто используются многожильные проводники. Резистивные потери обычно увеличиваются как квадратный корень из частоты.
Диэлектрические потери
Диэлектрические потери — это энергия сигнала, рассеиваемая в виде тепла в изоляционном диэлектрике кабеля, но не зависит от размера коаксиального кабеля.Диэлектрические потери линейно увеличиваются с частотой, а резистивные потери обычно преобладают на более низких частотах и. Поскольку резистивные потери увеличиваются по мере увеличения квадратного корня из частоты, а диэлектрические потери линейно увеличиваются, диэлектрические потери преобладают на более высоких частотах.
Радиационные потери
Излучаемые потери в коаксиальном кабеле обычно намного меньше, чем резистивные или диэлектрические потери, однако плохо сконструированная внешняя оплетка на некоторых коаксиальных кабелях может привести к относительно высоким излучаемым потерям.Излучаемая мощность, создающая проблемы с точки зрения помех, возникает, когда энергия сигнала, проходящего через линию передачи, излучается за пределы кабеля. Утечка из кабеля, по которому подается питание от передатчика большой мощности, может создавать помехи в чувствительных приемниках, расположенных рядом с коаксиальным кабелем, или кабель, используемый для приема, может воспринимать помехи, если он проходит через электрически зашумленную среду. Чтобы уменьшить излучаемые потери или помехи, коаксиальные кабели с двойным или тройным экраном предназначены для снижения уровня утечки до очень низкого уровня.
Из этих видов потерь излучаемые потери обычно вызывают меньшее беспокойство, поскольку от кабеля обычно излучается очень небольшое количество энергии. Таким образом, большая часть внимания к снижению потерь уделяется кондуктивным и диэлектрическим потерям, за исключением некоторых приложений.
Потери с течением времени
Потери или затухание коаксиальных кабелей имеют тенденцию увеличиваться со временем в результате изгиба и влажности кабеля. Несмотря на то, что НЕКОТОРЫЕ коаксиальные кабели являются гибкими, уровень потерь или затухания увеличится, если ВЧ-кабель резко изогнут или если есть разрыв в оплетке или экране.Загрязнение оплетки пластификаторами во внешней оболочке или проникновение влаги может повлиять как на оплетку, где она вызывает коррозию, так и на диэлектрик, где влага будет поглощать энергию.