Khóa luận Chuyển mạch

y đổi vị trí, khoảng cách giữa các đôi, các quát trong ruột cáp, đồng thời làm tăng độ cách điện giữa các dây dẫn với đất (với vỏ cáp), lớp này được quấn quanh lõi cáp. b. Màng chắn từ: Tác dụng của màng chắn từ là ngăn các từ trường bên ngoài không cho xâm nhập vào trong ruột cáp gây xuyên nhiễu đồng thời cũng ngăn chặn các từ trường sinh ra ở trong ruột cáp gây ảnh hưởng ra bên ngoài. Màng chắn từ được làm bằng kim loại và bọc bên ngoài lớp làm chặt. Kim loại dùng làm màng chắn từ phải là loại không bị nhiễm từ. Thông thường, màng chắn từ được làm bằng lá đồng hoặc lá nhôm mỏng, bên ngoài có phủ lớp nhựa chống dinh. 4. Vỏ bảo vệ (còn gọi là vỏ cáp) Vỏ bảo vệ ngoài rất quan trọng, nó che chở bảo vệ cho ruột cáp khỏi bị ảnh hưởng của không khí ẩm, các lực cơ giới tác động vào, nhất là trong khi chuyên chở thi công. Vật liệu để chế tạo vỏ cáp phải thoả mãn các yêu cầu. - Có độ bền cơ học cao. - Chống được sự ăn mòn, phá hoại của các côn trùng. - Có độ mềm dẻo để dễ cuộn tròn, thả thẳng ra không bị rạn nứt. - Dễ hàn nối. Tuỳ theo điều kiện môi trường sử dụng mà cấu tạo vỏ cáp được cấu tạo bằng nhựa hoặc kết hợp giữa nhựa với kim loại. Hình 2.3 Hình 2.4 II. CÁP QUANG 1. Sợi quang: a. Tác dụng: Để truyền ánh sáng, bên ngoài có lớp bảo vệ thường là nhựa PVC. b. Lớp nhựa có những đặc điểm sau: - Chiết suất là Ns. - Có nhuộm màu để đánh dấu vị trí sợi quang trong những cáp quang có nhiều sợi. - Đường kính ngoài của sợi quang khi tính cả lớp bảo vệ này là 250mm. - Do lớp bảo vệ là nhựa cho nên không cho không khí ẩm tác động vào sợi quang, chống vi công cho sợi quang. 2. Ống đệm bảo vệ: a. Tác dụng: Hạn chế lực cơ học tác dụng vào sợi quang khi kéo cáp hay nhiệt độ môi trường thay đổi làm cáp quang bị dẫn hoàn toàn. b. Các loại ống đệm: - Ống đệm lỏng: 1 2 3 1. Sợi quang 2. Ống nhựa có nhuộm màu để đánh dấu thứ tự 3. Chất đệm thường là dầu, có tác dụng cho ống không khí ẩm cho sợi quang vì hạn chế ma sát giữa ống đệm và sợi quang. - Ống đệm chặt: 2 3 1. Sợi quang 2. Ống đệm chất bằng nhựa loại thông thường 1 2 3 Loại có vỏ đốm tổng hợp 1. Sợi quang 2. Ống đệm chặt bằng nhựa 3. Lớp đệm mềm 3. Thành phần gia cường: a. Tác dụng: Chịu được lực căng cho cáp trong quá trình thi công và bảo dưỡng. b. Vật liệu chế tạo: Có thể làm bằng kim loại, trong cáp quang có thể gồm có cả thành phần gia cường bên trong và bên ngoài hoặc chỉ có một thành phần gia cường tuỳ theo từng loại cáp, trong thi công kéo cáp cần lưu ý buộc dây kéo cáp vào các thành phần gia công này. 4. Vỏ bảo vệ: a. Tác dụng: Cách sợi quang và thành phần khác trong lõi với môi trường bên ngoài cáp (hạn chế lực cơ học tác dụng vào cáp, chống ẩm...) b. Vật liệu chế tạo: Thường gặp là nhựa PE nhuộm đen cho vỏ cáp ngoài trời (PE nhuộm đen có tác dụng chống tia cực tím) và nhựa PVC cho vỏ cáp trong nhà (PVC khó cháy). 5. Các thành phần khác: - Dầu công nghiệp: được nén các trong lõi cáp có tác dụng ngăn nước không cho ngấm các bên trong cáp, chất dầu này có tính chất là không gây tác hại với các thành phần của cáp và chống lại các loại con trùng gây hại cho cáp, đồng thời yêu cầu là không được nóng chảy hoặc không đông đặc ở nhiệt độ làm việc. - Lớp nhựa PE tăng cường bảo vệ sợi quang. - Các dây dẫn kim loại cách điện: thành phần này có thể có ở một số cáp, nhiệm vụ của nó là để cấp nguồn từ xa hoặc làm kênh nghiệp vụ... b. Ưu nhược điểm: - Không chịu ảnh hưởng của điện và từ trường. - Không chịu ảnh hưởng của hiện tượng xuyên âm trong hệ nhiều kênh. - Giảm thiểu ảnh hưởng của hiện tượng phản hồi và phản xạ. - Không có cảm ứng tự sinh (ký sinh) khi truyền theo đường vòng và không gặp vấn đề với sự chênh lệch hiệu điện thế giữa các thị không cùng loại. - Tốc độ đường truyền cao, tần số có thể tới cở Ghz hoặc lớn hơn. - Có thể truyền tín hiệu đa hài với nhiều giá trị trung bình - Giảm chi phí trong truyền dẫn tín hiệu, năng lượng trên thu thấp. - Có tính bảo mật cao. - Tránh được rủi ro về điện và không gặp phải hiện tượng hồ quang và các hiện tượng tính điện gây ra. - Có khả năng chống chịu cao và các ảnh hưởng của môi trường bên ngoài như độ ẩm, nhiệt độ. - Nhỏ nhẹ, dễ thao tác trong quá trình lắp đặt và sửa chữa hơn so với cáp điện. C. CẤU TẠO TỪNG LOẠI CÁP I. CÁP KIM LOẠI 1. Các trúc cáp cơ bản: - Ruột cáp là thành phần chính của cáp bao gồm toàn bộ dây dẫn và thành phần làm chặt, cách sếp dây dẫn trong ruột cáp đặc biệt quan trọng nhằm hạn chế đến mức thấp nhất ảnh hưởng trường điện từ của dây điện tín hiện giữa mạch dây này và mạch dây khác, từ đó giảm nhỏ được hiện tượng xuyên nhiều trong quá trình làm việc. - Dây dẫn trong cáp đồng thường được xếp theo các kiểu sau: a. Xoắn dây: - Xoắn dây ngoài tác dụng chính là chống xuyên âm còn có mục đích làm chặt ruột cáp để giảm tiết diện mặt cắt của cáp, tiết diện được nguyên vật liệu. - Có 2 phương pháp xoắn dây thường được sử dụng là xoắn đôi và xoắn quát. + Xoắn đôi: trong phương pháp này, hai dây của một đôi được xoắn lại với nhau. Tuỳ thuộc vào các hãng sản xuất mà bước xoắn nằm trong khoảng từ 3 đến 7cm. Nếu bước xoắn dây thì hiệu quả chống xuyên âm tốt, nhưng cáp sẽ trở nên cứng trơ ngoại cho thi công bảo dưỡng. Tuy nhiên nếu bước xoắn quát thừa thì hiệu quả chống xuyên âm sẽ kém làm ảnh hưởng đến chất lượng thông tin. + Xoắn quát: với phương pháp này thì: 4 dây của hai đôi xoắn thành 1 quát, trong đó 2 dây của 1 đôi đặt đối diện nhau, bước xoắn của quát thường từ 10 đến 14cm tuỳ thuộc hãng sản xuất. b. Kết nhóm: - Để dễ dàng định đôi dây trong việc sản xuất cáp có dung lượng lớn, một số đôi dây kết thành một nhóm tuỳ theo loại cáp và nói xuất xứ, cáp có 10, 25, 50, 100 đôi tạo thành 1 nhóm. - Một nhóm là một đơn vị cấu thành, có dây buộc nhóm riêng: Hình 2.5 Nhiều nhóm kết hợp thành lớp. Lớp giữa gọi là lớp tâm, tuỳ theo dung lượng cáp mà có lớp trung tâm và các lớp ở ngoài. Hai lớp sát nhau được xoắn ngược chiều nhau, nếu lớp này xoắn theo chiều kim đồng hồ thì lớp sát vỏ. 2. Các trúc cáp treo: Cáp treo cấu tạo gồm 2 thành phần chính là: dây treo : ruột cáp : làm chặt : màng chắn từ : vỏ bảo vệ Hình 2.6 - Ruột cáp - Vỏ bảo vệ. Ngoài 2 thành phần chính còn thêm thành phần thứ 3 đó là dây treo. Dây treo gồm 1 hoặc 3 hoặc 5 hoặc 7 sợi dây thép có đường dây thép có đường kính 1,25 ¸ 1,4mm được bện lại với nhau sau đó được bọc một lớp nhựa dày 1,2mm trở liên kết với vỏ bảo vệ ngoài. Dây treo và vỏ cáp được liên kết với nhau tạo thành một dây cáp có thiết diện ngang như hình số 8, vì vậy người ta còn gọi cáp treo là cáp số 8. Dây treo là thành phần chịu lực chính của cáp. Như ta đã biết, lực chịu kéo, chịu nén của ruột cáp và vỏ bảo vệ có hạn. Nếu không có dây treo để treo cáp thì trong quá trình thi công lực kéo sẽ làm ảnh hưởng đến sợi cáp. Khi căng một dây cáp lên ngọn cột, trong khoảng 2 cột treo cáp ta phải tác động một lực kéo vào cáp. Lực này có độ lớn tương đương với trọng lượng của cáp ở trong khoảng cột đó. Nếu cáp có dung lượng càng lớn, khoảng cột càng dài thì phải có lực kéo càng lớn mới đưa được cáp lên trên 2 ngọn cột. Khi có dây treo bằng thép dính liền với vỏ cáp thì dây treo sẽ chịu lực kéo này (ruột cáp, vỏ cáp không chịu lực kéo) do đó không bị hư hỏng. Hình 2.7 : lõi cáp : làm chặt : màng chắn từ : vỏ bảo vệ 3. Cáp kéo trong cống: Phương thức thi công này là người ta phải xây dựng một hệ thống cống ở dưới đất. Cống là một ống rỗng bằng nhựa hoặc xi măng, v.v... thi công xong hệ thống cống cáp người ta mới kéo cáp vào trong cống. Khi cáp nằm trong cống thì nó không chịu bất kỳ một lực cơ học nào tác : ruột cáp : làm chặt : màng chắn từ : vỏ bảo vệ : vỏ gia cường : chống ăn mòn Hình 2.8 động lên nó nữa. Vậy loại cáp dùng để thi công theo phương thức này cáp chỉ bị tác động một lực kéo để kéo nó vào cống. Nếu lực kéo bố trí hợp lý thì lực tác động lên cáp sẽ rất nhỏ. Với lực này thì bản thân toàn bộ ruột cáp, vỏ bảo vệ có thể chịu được. Vì vậy loại cáp dùng để kéo trong cống là loại cáp cơ bản ta đã phân tích. 4. Cáp chôn trực tiếp và thả sông: Cáp chôn trực tiếp được chôn thẳng xuống đất nên đất sẽ tiếp xúc trực tiếp với vỏ cáp. Trong đất có những axít do chất hữu cơ sẽ ăn mòn phá huỷ vỏ cáp, đồng thời chôn trực tiếp thì cáp sẽ chịu lực nén của đất lấp lên nó. Tuyến cáp đi không phải bằng phẳng, lên dốc, xuống dốc nhất là qua những vùng đồi núi cáp luôn chịu lực căng dễ làm cho cáp bị đứt hoặc rạn nứt. Vậy cấu tạo cáp chôn trực tiếp phải đạt yêu cầu chung. Ngoài ra phải chống được hai khả năng có thể làm hư hỏng giảm tuổi thọ của cáp. Cấu tạo cáp chôn trực tiếp gồm các bộ phận như cấu tạo cáp cơ bản đó là: ruột cáp, vỏ bảo vệ và thêm lớp gia cường, lớp chống ăn mòn. Lớp vỏ gia cường tuỳ theo mỗi nước sản xuất làm bằng lớp vỏ thép có gợn sóng hàn kín (của Mỹ) hoặc làm bằng lá sắt mỏng quấn quanh lên vỏ cáp (cáp Liên Xô). Đối với cáp thả sông nước chảy xiết được làm bằng các sợi sắt tròn. Lớp chống ăn mòn được làm bằng bi tum (dây gai hoặc giấy tẩm nhựa đường) bao bọc bên ngoài lớp vỏ. II. CÁP QUANG 4 5 3 2 1 1. Cáp Việt Nam: 1. Vỏ PE 2. Lớp sợi mềm 3. Ống đệm lỏng chứa sợi quang 4. Sợi nhựa 5. Lớp chịu lực pha kim loại Hình 2.9. Cáp cống 24 sợi 2. Cáp một số nước: a. Cáp Nhật: Vỏ bảo vệ Lớp đệm PE Băng dẻo Sợi nhựa Lõi chịu lực ống đệm chứa sợi quang Hình 2.10 Ống đệm chứa sợi quang Lõi chịu lực Lớp đệm PE b. Cáp Mỹ: Hình 2.11 Lớp bảo vệ Lõi chịu lực Băng dẻo Sợi quang Lõi nhựa có rảnh c. Cáp Đức: Hình 2.12 5 4 3 2 1 Hình 2.13 1. Vỏ nhựa 2. Thành phần gia cường 3. Lớp PE 4. Chất làm đầy 5. Bảng nhựa chứa sợi quang d. Cáp ruy băng (Ruban) - Vỏ thường là nhựa PE. - Thành phần gia cường: Đây là thành phần gia cường nắm bên ngoài được làm bằng những sợi có thể là kim loại hoặc phi kim loại. - Lớp PE tăng cường bảo vệ cho các sợi quang trong cáp. - Băng nhựa chứa các sợi quang: mỗi bảng có thể chứa đến 12 sợi, số lượng băng nhiều hay ít phụ thuộc vào dung lượng cáp. - Chất làm đầy.  e. Kiểu viên trụ có rảnh: 4 1 2 3 1. Vỏ 2. Sợi quang 3. Lõi nhựa có rảnh 4. Thành phần gia cường Hình 2.14 - Vỏ thường gặp nhựa PE hoặc PVC tuỳ theo loại cáp. - Sợi quang: truyền dẫn ánh sáng. - Lõi nhựa có rãnh: chứa đựng các sợi quang, mỗi rãnh có thể là một sợi quang hay nhiều sợi quang. 3 2 1 4 5 1. Sợi quang 2. Ống đệm bảo vệ 3. Thành phần gia cường 4. Vỏ bảo vệ 5. Cáp thành phần khác Hình 2.15 - Thành phần gia cường: chịu lực cho cáp kép căng cáp. Vật liệu chế tạp có thể kim loại hoặc phi kim. f. Kiểu cổ điển: - Sợi quang: để truyền ánh sáng, bên ngoài có lớp bảo vệ thường là nhựa PVC. - Ống đệm bảo vệ: hạn chế lực cơ học tác dụng vào sợi quang khi kéo hay nhiệt độ môi trường thay đổi làm cáp quang bị giản hoàn toàn - Thành phần gia cường: chịu lực tác dụng cho cáp trong quá trình thi công, bảo dưỡng... - Vỏ bảo vệ: Cách sợi quang và các thành phần khác trong lõi với môi trường bên ngoài cáp (hạn chế lực cơ học tác dụng vào cáp, chống ẩm...) - Các thành phần khác: dầu công nghiệp được nén vào trong lõi cáp có tác dụng ngăn nước không gây tác hại với các thành phần của cáp và chống lại các côn trùng gây hại cho cáp. Đồng thời yêu cầu là không được nóng chảy hoặc đông đặc có nhiệt độ làm việc. 3. Ưu nhược điểm: a. Cáp cổ điển: - Ưu điểm: + Các sợi quang được bảo vệ tốt nhờ có rất nhiều lớp bảo vệ. + Độ bền cơ học cao do được gia cường tốt. + Phương thức sản xuất phổ biến nên sản phẩm phong phú. - Nhược điểm: + Cáp bao gồm rất nhiều thành phần cho nên cồng kềnh và thời gian đấu nôi cáp kéo dài. b. Cáp Ruy-băng: - Ưu điểm: + Dung lượng cáp lớn do số lượng sợi quang trong một băng và số lượng băng lớn. + Giá thành hạ. - Nhược điểm: + Các sợi quang dễ bị gẫy do trong quá trình chế tạo cáp. + Khó khăn khi thi công hàn nối cáp. c. Cáp viên trụ có rãnh: - Ưu điểm: + Dễ bảo dưỡng vị trí chứa sợi quang và sợi quang đặt riêng rẽ trong các rảnh. + Giá thành hạ. + Cáp rất ít thánh phần cho nên giảm được cồng kềnh. - Nhược điểm: + Các sợi quang dễ bị gẫy do sợi quang có ít lớp bảo vệ bên ngoài. + Công nghệ chế tạo cáp phải hiện đại mới sản xuất được loại cáp đúng với yêu cầu kỹ thuật. Chương III: CÁC HIỆN TƯỢNG HIỆU ỨNG VÀ CÁC THAM SỐ BẬC NHẤT I. CÁP KIM LOẠI 1. Các hiện tượng hiệu ứng: Trong quá trình truyền dẫn tín hiệu, năng lượng sóng điện từ lan truyền dọc theo đôi dây. Từ dầu phát đến đầu thu, quan hệ giữa sóng điện áp và sóng dòng điện là một giá trị không đổi nhưng năng lượng của sóng thì giảm dần theo cự ly vì các hiện tượng hiệu ứng của đường dây. Trong thực tế, có 3 hiệu ứng đáng quan tâm nhất và ta sẽ xét chúng lần lượt. a. Hiện tượng hiệu ứng mặt ngoài: J - Jx Jx I ~ Hình 3.1 - Khi có dòng tín hiệu xoay chiều chạy trong dây dẫn thì nếu tần số càng cao, mật độ dòng điện càng lớn về phái xa trục của dây dẫn. Đến một giá trị tần số nào đó thì dòng điện hầu như chỉ có mặt ngoài dây dẫn. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng mặt ngoài và được mô tả như hình V.1. - Khi dòng tín hiệu chạy trong dây dẫn thì không chỉ quanh dây dẫn thì không chỉ quanh dây dẫn mà ngay cả trong dây dẫn cũng xuất hiện từ trường biến thiên. Từ trường biến thiên này sinh ra các dòng điện xoáy như hình vẽ và như vậy dòng điện thành phần phía gần trục sẽ ngược chiều còn phía xa trục sẽ cùng chiều với chiều dòng điện xoáy làm cho mật độ dòng điện phía xa trục sẽ lớn, gần trục sẽ nhỏ. - Do ảnh hưởng của hiện tượng hiệu ứng, tiết diện có ích của dây dẫn bị giảm xuống làm cho điện trở của dây dẫn tăng lên sinh ra tổn hao năng lượng. - Hiệu ứng bề mặt tỷ lệ với tần số tín hiệu, độ từ thầm và điện dẫn của dây. b. Hiện tượng hiệu ứng lân cận: - Trong sợi cáp, do các đôi dây đặt cạnh nhau nên khi hai dây cạnh nhau đều có dòng điện chạy qua thì sẽ xảy ra hiện tượng hiệu ứng lân cận làm cho mật độ dòng điện trong dây dẫn không đồng đều ở phía gần nhau và phía xa nhau theo hai trường hợp sau: + Nếu 2 dây có dòng điện ngược chiều thì mật độ phía gần nhau tăng lên còn phía xa nhau giảm xuống. Hình 3.2. Hiệu ứng lân cận khi 2 dòng điện trong 2 dây dẫn chiều chiều Hình 3.3. Hiệu ứng lân cận khi 2 dòng điện trong 2 dây dẫn ngược chiều Trong cả hai trường hợp trên, tiết diện có ích của dây dẫn đều giảm xuống làm cho điện trở dây dẫn tăng lên dẫn đến việc năng lượng sóng điện từ bị tổn hao. Hiệu ứng lân cận chịu ảnh hưởng của tần số tín hiệu, độ từ thẩm, điện dẫn và đường kính của dân dẫn. c. Hiện tượng hiệu ứng kim loại: Khi một đôi dây làm việc, từ trường của tín hiệu xoay chiều sẽ tạo ra các dòng điện xoáy làm nóng kết cấu kim loại sinh ra tiêu hao dưới dạng nhiệt tương đương với việc dòng điện công tác đang đi qua một điện trở thuần nên bị tiêu hao một phần năng lượng do toả nhiệt. 2. Tham số bậc nhất: Khi xét đặc tính cơ bản của cáp thông tin, ta quan tâm chủ yếu đến các tham số bậc nhất của chúng. Các tham số này tồn tại trên bất kỳ mọi điểm của đường truyền và ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng truyền dẫn. Chúng phụ thuộc vào vật chất cấu tạo thành phần của cáp và tín hiệu mà nó truyền đi. a. Tham số điện trở R: Tham số điện trở R của cáp bao gồm 2 thành phần: - Thành phần điện trở một chiều R0 chính là giá trị điện trở thuần của dây dẫn nên nó phụ thuộc vào chất dây, tiết diện của dây và chiều dài của nó theo công thức: R0 = r (W) Trong đó: r : điện trở suất của dây dẫn có đơn vị là W.mm2/m. S : tiết diện của dây dẫn có đơn vị là mm2 L : chiều dài của dây dẫn có đơn vị là m. Khi xác định điện trở một chiều có quan tâm đến nhiệt độ thì ta sử dụng công thức: Rt = R20[1 + a(t - 200)] Với a là hệ số nhiệt điện trở phụ thuộc vào chất liệu dây dẫn. - Thành phần điện trở xoay chiều R~: khi đôi dây đang truyền dẫn tín hiệu thì do ảnh hưởng của các các hiện tượng hiệu ứng nên xuất hiện thành phần điện trở xoay chiều R~ mà chủ yếu là do hiệu ứng bề mặt. Như vậy tham số điện trở của đường dây dẫn khi truyền tín hiệu sẽ là: R = K1 . R0 (W/Km) Với K1 là hệ số gia tăng điện trở do hiệu ứng mặt ngoài (K1 > 1) b. Tham số điện cảm L: Tham số điện cảm của đường dây cáp bao gồm 2 thành phần: - Thành phần điện cảm ngoài là thành phần điện cảm sinh ra do từ thông bên ngoài và chịu ảnh hưởng của bước xoắn, đường kính dây dẫn và khoảng cách giữ 2 dây. - Thành phần điện cảm trong là thành phần điện cảm sinh ra do từ thông bên trong và chịu ảnh hưởng của tín hiệu ứng mặt ngoài, độ từ thẩm của dây dẫn. Trong thực tế, tham số điện cảm L được tính theo công thức: L = X . (41n + K2m) . 10-4 (H/Km) Trong đó: X: là hệ số xoắn dây; a: khoảng cách giữa 2 dây (tính từ tâm); r: bán kính dây dẫn; K2: hệ số giảm điện cảm do hiệu ứng mặt ngoài (K2 < 1); m: hệ số từ thẩm của của vật liệu làm dây dẫn. Từ công thức trên, ta thấy: + Phần thứ nhất 41n : là lượng điện cảm ngoài, nó chỉ phụ thuộc vào cấu trúc đường dây mà không phụ thuộc vào tần số tín hiệu. + Phần thứ hai K2m : là lượng điện cảm trong nó phụ thuộc vào tần số tín hiệu và chất liệu dây dẫn. c. Tham số điện dung C: Hai dây dẫn của mạch song tuyến nằm cạnh nhau giống như 2 bản cực của một tụ điện còn lớp cách điện xung quanh đóng vai trò chất điện môi nên đôi dây phải có điện dung C. Do trong cáp có nhiều đôi dây đặt cạnh nhau, bên ngoài lại có màng chắn từ nên điện dung C của đôi dây chịu các ảnh hưởng đó. Trong thực tế, điện dung C được xác định theo công thức: C = X () . 10-6 (F/km) Trong đó: X: là hệ số xoắn dây; er: hằng số điện môi của chất cách điện; a: khoảng cách giữa 2 dây (tính từ tâm); r: bán kính dây dẫn; y: hệ số điều chỉnh do sự kế cận giữa các dây dẫn và màng chắn từ. Như vậy tham số điện dung C không phụ thuộc vào tần số tín hiệu mà chỉ phụ thuộc vào cấu trúc của đường dây. d. Tham số điện dẫn G: Giữa các đôi dây đều có chất cách điện nhưng thực tế không có chất cách điện tuyệt đối nên có thể có dòng điện rò chạy trong chất cách điện. Để đặc trưng cho độ rò điện đó, người ta đưa ra tham số điện dẫn G gồm 2 thành phần: - Thành phần điện dẫn một chiều G0 với: G = Rcđ : là điện trở cách điện giữa đôi dây, thường rất lớn. - Thành phấn điện dẫn xoay chiều G~ là lượng dòng điện rò sinh ra do sự phân cực của chất cách điện chỗ tiếp giáp hai dây khi có dòng điện tín hiệu. Trong thực tế, tham số điện dẫn G được tính theo công thức. G = + w.C.tgd (Si/km). Trong đó: w: tần số góc của tín hiệu (w: 2pf), C: điện dung của mạch, tgd: tổn hao trong chất cách điện khi có dòng tín hiệu Từ công thức trên ta thấy tham số điện dẫn G phụ thuộc vào chất cách điện của đôi dây và tần số tín hiệu. e. Sơ đồ tương đương các tham số: C G R L Hình 3.4: Sơ đồ tương đương các tham số bậc nhất trên cáp điện Trong quá trình truyền dẫn tín hiệu, các tham số bậc nhất của đường dây ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng thông tin và thường được diễn tả theo sơ đồ tương đương ở hình 2.4. Từ sơ đồ tương đương, ta thấy tham số R và L mắc nối tiếp tạo thành trở kháng nối tiếp còn tham số C và G mắc song song thành dẫn nạp song song. - Khi R càng lớn thì đường dây càng tiêu thụ năng lượng lớn làm giảm độ nghe rõ, giảm cự ly thông tin. - Khi L càng lớn thì cảm kháng cũng càng lớn và đường dây càng tiêu thụ năng lượng nhiều hơn. - Khi C lớn thì sẽ có dòng điện rò giữa 2 dây càng lớn do dung kháng nhỏ làm giảm dòng tín hiệu ở đầu thu - Khi G lớn thì dòng điện rò giữa 2 dây lớn, làm giảm dòng tín hiệu ở đầu thu. Như vậy nếu 4 tham số bậc nhất của đường truyền lớn thì suy hao truyền dẫn sẽ lớn làm giảm chất lượng và cự ly thông tin. 3. Biến dạng tín hiệu trong quá trình truyền: Qua nghiên cứu ta thấy 4 tham số bậc nhất: R, L, C, G của đường dây có đặc điểm là phụ thuộc vào tần số của tín hiệu truyền. Mặt khác tín hiệu truyền dẫn trên đường dây bao gồm cả một băng tần. Vì vậy khi truyền dẫn tín hiệu trên đường dây thì ứng với một tần số nhất định sẽ có một suy hao, dịch pha nhất định. Do vậy mà khi tín hiệu truyền đến cuối đường dây không còn giữ nguyên dạng ban đầu. Hiện tượng đó người ta gọi là biến dạng tín hiệu (hay còn gọi là méo) Trong biến dạng tín hiệu, người ta phân ra nhiều loại biến dạng gồm: - Méo biên độ tần số. - Méo pha tần số. - Méo phi tuyến. Ở đây ta nghiên cứu 2 loại có tác động nhất định đến chất lượng truyền dẫn là: Méo biên độ và méo pha. a. Méo biên độ: - Nguyên nhân gây méo biến độ. Ta thấy năng lượng sóng điện tử của tín hiệu truyền từ đầu đường dây đến cuối đường dây, ứng với các tần số khác nhau thì năng lượng sóng điện tử tiêu hao trên đường dây cũng khác nhau. Như vậy quan hệ tỷ lệ về biên độ của tín hiệu ở cuối đường dây không còn giữ nguyên đúng như quan hệ tỷ lệ về biên độ ở đầu đường dây, do đó gây biến dạng tín hiệu. Ta mô tả bằng hình vẽ sau: Tím hiệu ở cuối đường dây Tím hiệu ở đầu đường dây Hình 3.5 Từ hình vẽ trên ta thấy dạng tín hiệu ở đầu đường dây là đường (3) gồm 2 tần số fl và f2 trong đó f2 = 2f1 còn dạng tín hiệu ở cuối đường dây là đường (3') cũng gồm 2 tần số (f'1) và (f'2) trong đó (f'2) = (2f'1). So sánh 2 tín hiệu trên ta thấy tín hiệu đường (3) ¹ (3') - Phương pháp khắc phục méo biên độ: Ta đã biết nguyên nhân gây méo biên độ là do đặc tuyến suy hao của đường dây biến đổi theo tần số. Vì vậy ta có thể lắp thêm vào cuối đường dây 1 bộ suy hao cân bằng (lắp phía trước phụ tải). Đặc tuyến suy hao của bộ cân bằng suy hao phải có dạng ngược lại với đặc tuyến suy hao đường dây như mô tả bằng hình vẽ sau: Suy hao của đường dây Suy hao của bộ cân bằng f b Suy hao của đường dây + Suy hao của bộ cân bằng Hình 3.6  Ta thấy tổng suy hao của đường dây và của bộ cân bằng trong cả 1 giải tần số là một hằng số. (Đặc tuyến là một đường nằm ngang) Như vậy tín hiệu truyền qua đường dây và bộ cân bằng đến phụ tải ở mọi tần số đều suy hao như nhau. Điều này có nghĩa là méo biên độ đã được khắc phục. Nhược điểm của phương pháp này là làm tăng tổng suy hao truyền dẫn. Để khắc phục ta phải đấu thêm sau bộ suy hao cân bằng một bộ khuếch đại. b. Méo pha: - Nguyên nhân gây méo pha. Khi nghiên cứu về tần số, và pha của tín hiệu, người ta đã đưa ra công thức. V = W/a Trong đó: - v là tốc độ pha - W là tần số gốc w = 2Pf - a là hằng số dịch pha (phụ thuộc vào 4 tham số bậc nhất của đường dây) Qua công thức trên ta thấy vận tốc pha phụ thuộc tần số tín hiệu, vào các tham số của đường dây. Vì vậy do tín hiệu bao gồm cả một giải tần, vận tốc pha của mỗi tần số khác nhau nên thời gian truyền dẫn trên đường dây từ đầu đến cuối đường dây vận tốc khác nhau. Do đó pha của các tần số tín hiệu ở cuối đường dây khác pha của các tần số đường dây, tín hiệu sẽ biến dạng cụ thể tín hiệu đường (3) ¹ (3'). Mô tả bằng hình vẽ sau: Tín hiệu ở đầu đường dây Tín hiệu ở cuối đường dây Hình 3.7 - Biện pháp khắc phục méo pha. Qua nghiên cứu ở phần trên ta thấy. Nếu tốc độ pha của mọi tần số tín hiệu đều như nhau, tức là v = const với mọi tần số thì sẽ không còn có méo pha. Do vậy có 2 cách khắc phục. + Tìm cách thay đổi tham số của đường dây. Ví dụ tìm cách tăng điện cảm L của đường dây sao cho: R/L = G/C + Lắp vào cuối đường dây 1 thiết bị cân bằng pha. Với thiết bị này khi dòng điện tín hiệu truyền qua nó có vận tốc pha của các tần số ngược lại với vận tốc pha trên đường dây. Do đó vận tốc pha của tín hiệu mọi tần số khi truyền dẫn qua đường dây và qua bộ cân bằng pha sẽ như nhau. II. CÁP QUANG 1. Các nguyên nhân gây ra suy hao: - Nguyên nhân do bản thân sợi quang: + Suy hao do hấp thụ. Do các tạp chất kim loại trong sợi quang hấp thụ ánh sáng (các tạp chất đó là: Fe, Cu, Cr, Ni,...) mức độ hấp thụ ánh sáng nhiều hay ít phụ thuộc loại tạp chất, lượng tạp chất và bước sóng ánh sáng truyền trong sợi quang. Do các ion OH- còn lại trong sợi quang sau khi chế tạo để hấp thụ ánh sáng, mức độ hấp thụ năng lượng ánh sáng nhiều hay ít cũng phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng truyền trong sợi quang. Do vùng ánh sáng cực tím và hồng ngoại hấp thụ ánh sáng mà bản thân ánh sáng truyền trong sợi quang nằm trong vòng hồng ngoại và cận cực tím, mức độ hấp thụ năng lượng ánh sáng cũng phụ thuộc vào bước sóng truyền trong sợi quang. + Suy hao do tán xạ. Do tán xạ Ray Heigh: Hiện nay xảy ra do sợi quang sau khi chế tạo có những chỗ không đồng nhất cho nên khi ánh sáng truyền trong sợi quang gặp những chỗ đó gây ra tán xạ Ray Heigh (những chỗ không đống nhất như: sợi quang bị khuyết tật, vết nứt...) Do mặt phân cách giữa các lõi và lớp bọc (vỏ) không hoàn hảo: hiện tượng này xảy ra khi mặt phân cách giữa lõi và lớp vỏ không hoàn hảo, làm cho tia sáng không bị phản xạ toàn phần trong lõi mà có một phần khúc xạ ra vỏ do không thoả mãn điều kiện phản xạ toàn phần (góc tới hạn không lớn hơn góc tới hạn qC) + Suy hao do lắp đặt sợi quang: Do sợi quang bị chèn ép tạo nên vi công: làm suy hao trong sợi quang tăng lên do tia sáng khi gặp chỗ cong thì không phản xạ toàn phần trong lõi mà có một phần khúc xạ là vẽ do không thoả mãn điều kiện phản xạ toàn phần (góc tới không lớn hơn góc tới hạn qC). Tuy nhiên nếu uốn cong lớn hơn bán kính cong tối thiểu cho phép thì suy hao do sợi quang uốn cong là không đáng kể. Bán kính cộng tối thiểu từ 30mm ¸ 50mm. Do hà