Защита коаксиальных кабелей

Если закоротить центральную жилу и экран коаксиального кабеля и подать на них импульс аналогичный возникающему при грозовом разряде, то на другом конце за счет меньшей индуктивности сначала образуется импульс такой же амплитуды, но меньшей длительности на экранирующем проводнике, а затем импульс приблизительно половинной амплитуды, но большей длительности на центральной жиле. При этом энергия каждого импульса приблизительно равна половине энергии входного импульса, а дифференциальное напряжение между центральной жилой и экраном в начальный момент может даже превысить амплитуду входного импульса.

Аналогичные процессы происходят при грозовых разрядах в кабеле снижения от антенны к приемопередающей аппаратуре. При большой длине кабеля напряжения между центральной жилой и экраном могут достигать величин достаточных для вывода из строя любой аппаратуры, этим и продиктована необходимость применения специальных защитных устройств.

Из описания процесса следует также, что антенны, замкнутые по постоянному току при подключении коротким кабелем, не требуют грозозащиты.

Для защиты антенных кабелей снижения от грозовых разрядов и электромагнитных импульсов ядерного взрыва применяют так называемые устройства грозозащиты (УГЗ).

Основным требованием к УГЗ является волновое сопротивление, его стандартные значения 50 или 75 Ом. Другое производится и поставляется только на заказ.

У большинства серийных УГЗ быстродействие достаточное, но для некоторых специальных применений требуется повышенное быстродействие.

В частотном диапазоне существуют два больших класса УГЗ:

- широкодиапазонные;

- настроенные на определенный диапазон фильтры.

Большая часть энергии грозового разряда лежит в диапазоне низких частот 0 ÷ 1 МГц. С повышением частоты энергия разряда резко убывает.

Если в аппаратуре скомпенсированы несколько передатчиков, необходимо это обязательно учитывать. Газоразрядные устройства имеют определенное напряжение срабатывания, а несколько передатчиков, работающих на один кабель, могут значительно увеличить проходящее через УГЗ напряжение, вплоть до напряжения разряда газоразрядной колбы, Два передаваемых 100 Вт сигнала дают суммарную мощность 200 Вт, но суммарное напряжение будет иметь пики эквивалентные 400 Вт сигналу. Поэтому многоканальные передающие системы с комбайнерами или дуплексерами должны рассчитываться на большее напряжение срабатывания и пиковые значения ВЧ токов. Такие расчеты не требуются при использовании УГЗ на основе фильтров (не газоразрядных).

По окончанию грозового разряда или ЭМИ УГЗ должно выключится, а не оставаться в режиме разряда под действием рабочей ВЧ энергии. Для этого напряжение срабатывания УГЗ не должно быть очень низким, однако при выборе УГЗ со слишком высоким напряжением срабатывания (например при комбайнировании передатчиков), придется пренебречь частью защитных свойств. Это не актуально для негазоразрядных фильтрующих УГЗ.

В приемной аппаратуре передача постоянного или переменного напряжения вместе с ВЧ сигналом актуальна для высоко расположенных предусилителей и конверторов, а также для мощных передающих усилителей, расположенных возле антенных систем. Эти возможности УГЗ, если они предусмотрены, обычно указываются в технических параметрах.

Пиковый ток УГЗ варьируется у различных производителей. Но не стоит стремиться к применению устройств с максимальными значениями пикового тока, это не всегда означает лучшую защиту.

Стандартным является разъем Ν-типа, но на заказ выпускаются и другие.

Система заземления комплекса аппаратуры должна быть интегрированна с аппаратурой грозазащиты.

Типы УГЗ. Газоразрядные УГЗ используются при достижении напряжения в линии порогового значения. В газоразрядной трубке возникает разряд и в центральный проводник оказывается короткозамкнутым на землю. Так как эти УГЗ имеют проводимость по постоянному току центральных контактов разъемов, то до достижения дифференциальным напряжением уровня срабатывания газоразрядной трубки часть энергии пройдет на аппаратуру. Считается, что до срабатывания газоразрядного УГЗ оборудование должно выдерживать импульс тока до 10 000 А. Поскольку газоразрядные УГЗ имеют свойство перегорать при пиковых значениях напряжения, производители комплектуют их сменными капсулами. Большинство производителей ограничивают сверху их рабочий диапазон частот.

Четвертьволновые режекторные УГЗотносятся к устройствам со связью по постоянному току. Однако в отличие от вседиапазонных настроенных на определенное напряжение срабатывания газоразрядных УГЗ, это фильтры, настроенные на определенный диапазон частот. Заземленная согласованная четвертьволновая секция этих устройств имеет низкое проходное сопротивление центрального проводника для рабочего диапазона частот и низкое сопротивление на землю для всех остальных частот. А поскольку большая часть энергии грозового разряда приходится на диапазон 0 ÷ 1 МГц, то УГЗ этого типа представляются идеальными.

Кроме того, эти УГЗ фильтруют широкополосные искровые помехи индустриального и другого происхождения.

Антенныявляются устройствами, настроенными на свою рабочую частоту, и при ударе импульсом напряжения с крутыми фронтами вся ВЧ и НЧ энергия спускается по коаксиальному кабелю. Четвертьволновый фильтр НЧ энергию разряда направляет на землю, а весь полезный сигнал и очень малая часть энергии разряда идут на вход аппаратуры. При этом максимальный ток у них в 5 ÷ 10 раз больше, чем у газоразрядных УГЗ.

Для специальных применений выпускаются УГЗ других типов, в частности на лавинопролетных диодах. Применяются комплексные системы грозозащиты с использованием УГЗ разных типов.

Некоторые фирмы выпускают так называемые микроволновые фильтры работающие в широких диапазонах частот (начиная с 800 МГц) с низким КСВН и низкими потерями. Обладая способностью коммутировать до 750 Вт мощности, они используются в мощной аппаратуре специального назначения. Поскольку они не обладают проводимостью по постоянному току, то практически не пропускают энергию грозового разряда на вход аппаратуры.