Радикальное решение проблемы наиболее эффективного использования кабелей связи принесло создание многоканальных систем передачи, позволивших осуществлять по физическим цепям высокочастотное, или широкополосное, телефонирование. (Схема стр. 220)
Начиная с середины 1930-х годов возникло деление кабелей на низкочастотные и высокочастотные. Наряду с традиционными симметричными появился совершенно новый тип кабелей связи – коаксильный. (Рис. стр. 225)
Если обе жилы выполнены из проволоки одинакового диаметра, имеют изоляцию одинаковых конструкций и толщины и расположены так, что между ними можно провести плоскость симметрии, то цепь является симметричной. Соответственно кабели, скрученные из симметричных пар или четверок, называют симметричными.
Если же оба проводника цепи выполнены в форме соосных цилиндров, в поперечном сечении имеют форму концентрических окружностей, то цепь считается несимметричной и называется коаксильной. Кабели, скрученные из коаксильныхцепей, или пар, называются коаксильными. Если же кабель содержит и коаксильные, и симметричные цепи, то он комбинированный.
Симметричные.
Современные симметричные кабели дальней связи, как правило, высокочастотные. Низкочастотным отведена второстепенная роль – для отдельных линий небольшой протяженности, отводов от магистральных линий и т.д.
Диаметр токопроводящих медных жил в высокочастотных симметричных кабелях 1,2 или 1,3 мм; в низкочастотных применяются и жилы меньших диаметров – 0,8и 0,9. Для высокочастотных кабелей заманчивы трубчатые или биметаллические алюмомедные жилы.
Изоляция жил высокочастотных кабелей принадлежит к высшему классу изоляции симметричных кабелей. Это – кордельно – полистирольная, кордельно – бумажная, кордельно – полиэтиленовая. Основу ее составляет нить – кордель из соответствующего материала. Поверх корделя формируется изоляционная трубка – либо методом спиральной обмотки лентой из полистирольной пленки толщиной 0,05мм или из кабельной бумаги толщиной 0,12мм, либо методом экструдирования полиэтилена. Так как диаметр корделя равен примерно 2/3 диаметра токопроводящей жилы, то кордельный каркас обеспечивает наибольший, причем стабильный воздушный промежуток между токопроводящей жилой и изоляционной трубкой.
Кабели с кордельной изоляцией характеризуются наименьшей эквивалентной диэлектрической проницаемостью и, следовательно, электрической емкостью. В зависимости от назначения и условий эксплуатации кабелей кроме кордельной применяются также сплошная и пористая полиэтиленовая изоляция.
Коаксильные.
Теория коаксильного кабеля связи была разработана и опубликована в 1934г. С.А. Щелкуновым. Уникальность коаксильного кабеля состоит в том, что в противоположность симметричным кабелям с расширением спектра передаваемых частот помехозащищенность цепей не ухудшается, а улучшается. Благодаря повышению помехозащищенности с ростом частоты по коаксильным парам возможно передавать в десятки и сотни раз большее число разговоров, чем по симметричным.
Разнообразны варианты изоляции коаксильных пар: шайбовая, баллонная, бамбуковая и др. Характерной особенностью современных коаксильных кабелей является то, что они большей частью комбинированные. (Стр. 242, 244)
Экономичность коаксильных кабелей по сравнению с симметричными - табл.13, стр. 246.
Подводные кабели
1 период – 1850- 1900гг.- телеграфные одножильные морские и океанские кабели с гуттаперчевой изоляцией.
2 период – 1900-1930 гг.- телефонные низкочастотные симметричные морские кабели с гуттаперчевой и воздушно-бумажной изоляцией.
В отличие от прошлого века, когда телеграфные подводные кабели опередили в своем развитии кабели подземной прокладки, в текущем столетии подводные телефонные кабели развивались параллельно с подземными. Для увеличения дальности связи началось без промедления внедрение крарупизации и пупинизации подводных кабелей. Гуттаперчевую изоляцию постепенно начала вытеснять воздушно – бумажная, обладающая вдвое меньшей электрической емкостью. В этом случае изоляция защищалась от воздействия воды свинцовой оболочкой, под которой располагалась опорная спираль из стальной ленты или стальных профилированных проволок. Кабели с гуттаперчевой изоляцией состояли из одной четверки, а с воздушно – бумажной – имели от одной четверки до 12 четверок.
Но ни искусственное увеличение индуктивности, ни применение с 1920г. ламповых усилителей не позволяло решить проблему трансокеанской телефонии. Все дело в различии передаваемых частот. Частоты телеграфирования – нсколько герц или десятков герц, частоты телефонирования в начале века – от 300 до 2700 Гц.
В 1921г. был проложен первый в мире коаксильный кабель между Ки Уэст (Флорида) и Гаваной (Куба). Это был низкочастотный крарупизированный телефонно-телеграфный кабель с гуттаперчевой изоляцией. В полосе частот до 3800 Гц можно было организовать четыре телеграфных канала и один телефонный.
3 период – 1930- 1950 гг.- телефонные морские высокочастотные коаксильные кабели с изоляцией из парагутты (1930-е годы) и полиэтилена (1940-е годы), без промежуточных усилителей.
В 1937г. на линии Олдборо – Домбург длиной 150 км были проложены параллельно два коаксильных кабеля. По каждому кабелю передавалось в одном направлении 16 телефонных каналов.
В 1940г. в Англии был проложен экспериментальный коаксильный кабель со сплошной полиэтиленовой изоляцией.
Не следует полагать, что начиная с 1930г. все подводные телефонные кабели были только коаксильными. Прокладывались и симметричные высокочастотные кабели, предназначенные для многоканальных систем передачи.
Проблему трансокеанской телефонии позволило решить создание в 1940г. подводных усилителей. Первый промежуточный усилитель был встроен в 1943г. в экспериментальный кабель, проложенный в Ирландском море. По коаксильному кабелю длиной 82 км организовывалось 48 каналов связи в диапазонах частот 16-208 и 312-504 кГц.
4 период – телефонные морские и океанские высокочастотные кабели со сплошной полиэтиленовой изоляцией, с промежуточными усилителями.
В 1950-1956г. был проложен ряд преимущественно морских кабельных телефонных линий с промежуточными ламповыми усилителями, число которых составляло от 1 до 7. Все кабели с усилителями двустороннего действия в механически жестких корпусах прокладывались на глубинах не более 500 м.
Для прокладки кабеля в океанских глубинах пришлось сконструировать усилители одностороннего действия, смонтированные в гибких цилиндрических корпусах, выполненных из сочленных стальных колец. В1948г. была осуществлена опытная прокладка кабеля с усилителями в районе Багамских островов.
С 1952г. началось проектирование первой трансатлантической телефонной линии, а с 1954г. – изготовление кабеля для нее. Открытие состоялось 25 сентября 1956г. Пропускная способность первой трансатлантической кабельной линии, названной ТАТ-1, была 36 каналов. Но главным было доказательство принципиальной и практической возможности осуществления телефонной связи по кабелям через океан, обеспечения долговечной бесперебойной работы всех элементов системы.
Кабели без брони.
В 1951г. английский инженер Роберт Алстон Брокбэнк получил патент на изобретение глубоководного кабеля без брони. Оригинальное решение Брокбэнка – яркий пример красоты инженерной идеи в области кабельной техники. Он учел явление поверхностного эффекта – вытеснение тока к периферии при передаче высоких частот – и предложил делать внутренний проводник трубчатым, а внутри трубки располагать стальной трос из тонких высокопрочных проволок. На трос он возложил функцию несущего элемента – прежнюю функцию брони. Центральный несущий трос имеет меньшую массу, чем расположенная по периферии кабеля броня, поэтому первоначально новый кабель был назван “легковесным” или “облегченным”. В отличие от брони, несущий трос скручивается повивами. Можно так подобрать диаметры проволок, направления и шаги скрутки повивов, чтобы полностью сбалансировать трос от кручения и благодаря этому безостановочно прокладывать кабели с жестокими усилителями на любую глубину. Кабель с несущим тросом во всех отношениях экономичнее кабеля с броней: либо он имеет меньшие наружный диаметр и массу за счет исключения брони, либо при одинаковых наружных диаметрах у него меньше коэффициент затухания (за счет увеличения размеров коаксильной пары, покрытой только полиэтиленовой оболочкой). (Рис. стр. 269)
В 1961г. безбронный кабель был применен на линии “Кантат”, соединившей Великобританию с Канадой.
Дальнейшее развитие подводных кабелей шло по пути усовершенствования конструкции безбронного кабеля и расширения спектра передаваемых по линии частот. Начиная с 1960-х годов частотная полоса, отводимая на один телефонный канал, сужена с 4 до 3 кГц (200-3050 Гц). Качество телефонирования, несмотря на небольшие потери, остается достаточно удовлетворительным, а эффективность дорогостоящих магистралей возросла на 33%.
В период с 1961-1965 гг. был сделан скачок по шкале максимальной передаваемой частоты с 0,16 до 0,6 и затем до 1 МГц. Естественно, возросло затухание кабелей и вдвое сократились длины усилительных участков.Чтобы обеспечить дистанционным питанием большее число последовательно включенных усилителей, постоянное напряжение береговых батарей было повышено с 2-2,5 до 7 кВ. Подобное стало возможным благодаря разработке и применению особо чистого изоляционного полиэтилена с меньшими диэлектрическими потерями. Допустимое число промежуточных усилителей возросло до 185.
Следующему шагу по шкале частот способствовал переход во второй половине 1960-х годов с ламповых усилителей на полупроводниковые, потребляющие в 5-10 раз меньшую мощность, благодаря чему число их в линии могло быть увеличено до 400.