礦用雙絞線傳輸特性的分析

蘭建容

（福建農林大學，福建 福州350002）

礦用雙絞線傳輸特性的分析

蘭建容

（福建農林大學，福建 福州350002）

以普通雙絞線數(shù)值模型參數(shù)為基礎，采用數(shù)據(jù)擬合的方法推導出礦用雙絞線的數(shù)值模型參數(shù)，建立了礦用雙絞線的RLCG模型，并進行了仿真分析，為進一步研究礦用雙絞線的信號傳輸特性奠定了基礎。

礦井；雙絞線；頻率特性

1 礦用雙絞線RLCG模型

1.1 模型等效參數(shù)

歐美等技術先進國家根據(jù)大量的測試數(shù)據(jù)和經驗公式，導出了各國普通雙絞線的數(shù)值模型。由于缺乏測試數(shù)據(jù)，目前尚沒有礦用雙絞線基本電氣參數(shù)的數(shù)據(jù)和標準，只能參考已有的數(shù)值模型，建立礦用雙絞線的近似數(shù)值模型。本文參考英國的BT號1模型建立礦用雙絞線的近似RLCG模型，根據(jù)表1所示的雙絞線數(shù)值模型參數(shù)，推導確定礦用雙絞線的近似RLCG模型參數(shù)。

影響雙絞線基本參數(shù)的最主要因素是雙絞線的線徑，從表1可以看出，大多數(shù)的數(shù)值模型參數(shù)隨線徑呈規(guī)律變化。因此，可以考慮采用數(shù)據(jù)擬合的方法，在已有的線徑和參數(shù)值的基礎上，根據(jù)礦用雙絞線的線徑估算出礦用雙絞線的數(shù)值模型參數(shù)。

表1 普通雙絞線數(shù)值模型參數(shù)

下面以fm參數(shù)為例，說明數(shù)值模型參數(shù)的確定方法。根據(jù)表1中的fm數(shù)據(jù)，得到如下擬合公式：

式中：d為雙絞線的線徑。

圖1所示的是fm的擬合曲線，可以看出，擬合效果較好。

圖1 fm擬合曲線

根據(jù)式（1）可以計算出對應于礦用雙絞線線徑的fm參數(shù)值。采用該擬合方法，可以得到模型的其它參數(shù)值，如表2所示。

1.2 電阻數(shù)值模型

礦用雙絞線的電阻數(shù)值模型為

圖2所示的是普通雙絞線AWG26和三種礦用雙絞線的電阻頻率特性?？梢钥闯觯诘皖l段，電阻等于直流電阻Roc；隨著頻率的升高，特別是大于100kHz后，電阻呈指數(shù)上升。另外，隨著雙絞線線徑的增大，電阻逐漸減小。

表2 礦用雙絞線數(shù)值模型參數(shù)

圖2 礦用雙絞線電阻頻率特性

1.3 電感數(shù)值模型

礦用雙絞線的電感數(shù)值模型為：

圖3 礦用雙絞線電感頻率特性

圖3所示的是普通雙絞線AWG26和礦用雙絞線電感頻率特性。可以看出，在低頻段電感比較穩(wěn)定；當頻率大于100kHz后，隨頻率的升高，電感逐漸變小。

1.4 電容特性

礦用雙絞線的電容數(shù)值模型為：

圖4 礦用雙絞線電容頻率特性

圖4所示的是普通雙絞線FT06和礦用雙絞線的電容頻率特性?？梢钥闯觯娙蓦S頻率的變化很小，特別是在較高頻段，電容較穩(wěn)定。因此，很多標準化組織在構建電容數(shù)值模型時，采用簡化模型

1.5 電導數(shù)值模型

礦用雙絞線的電導數(shù)值模型為：

圖5 礦用雙絞線電導特性曲線

圖5所示的是普通雙絞線AWG26和三種礦用雙絞線的電導頻率特性。可以看出，當頻率較小時，雙絞線的電導特別小，其影響可以忽略不計；隨著頻率的升高，電導急劇增大。

1.6 傳播常數(shù)

礦用雙絞線的傳播常數(shù)為

式中：α是傳播常數(shù)的實部，稱為衰減常數(shù)；β是傳播常數(shù)的虛部，稱為相位常數(shù)。

圖6所示的是普通雙絞線AWG26和礦用雙絞線的衰減常數(shù)頻率特性?？梢钥闯?，衰減常數(shù)和相位常數(shù)都隨頻率的增加而增加。雙絞線的線徑對衰減常數(shù)也有影響，線徑越粗，衰減常數(shù)越小，信號衰減也就越小。

圖6 礦用雙絞線衰減常數(shù)頻率特性

圖7所示的是普通雙絞線AWG26和礦用雙絞線的相位常數(shù)頻率特性。可以看出，三條線徑不同的雙絞線的相位常數(shù)曲線幾乎重合，說明線徑對相位常數(shù)的影響很小。

圖7 礦用雙絞線相位常數(shù)頻率特性

1.7 特征阻抗

礦用雙絞線的特征阻抗為

圖8所示的是礦用雙絞線特征阻抗幅頻特性。頻率低于100 kHz時，特征阻抗的幅度隨頻率的升高而變小。頻率大于100 kHz后，三種雙絞線的特征阻抗幅度都趨近于100 Ω。在較低頻段，礦用雙絞線線徑對特征阻抗的幅度有影響，特征阻抗的幅度隨線徑的減小而增大。

圖8 礦用雙絞線特征阻抗幅頻特性

圖9 礦用雙絞線特征阻抗相頻特性

圖9所示的是礦用雙絞線特征阻抗相頻特性。隨著頻率的升高，不同線徑的雙絞線特征阻抗相位均從負值向零增加，當頻率高于100 kHz時，各雙絞線特征阻抗的相位均趨向于零。此時，礦用雙絞線的特征阻抗相當于純電阻。

2 結論

通過分析普通雙絞線的數(shù)值模型參數(shù)，采用數(shù)據(jù)擬合的方法推導出礦用雙絞線的數(shù)值模型參數(shù)，從而建立了礦用雙絞線的RLCG模型，并對R，L，C和G的頻率特性進行仿真分析，給出α和β的頻率特性以及特征阻抗的幅頻特性和相頻特性，為進一步研究礦用雙絞線的信號傳輸特性奠定了基礎。

Analysis of Transmission Characteristics of Mine Twisted Pair

LAN Jian-rong
（Fujian Agriculture and Forestry University,Fujian Fuzhou350002,China）

The data model parameters of mine twisted pair is deduced on the basis of the numerical model parameters of common twisted pair and by data fitting approach.RLCG model is established for mine twisted pair,and simulation analysis is performed.The research lays a foundation for further research of the signal transmission characteristics of mine twisted pair.

Mine;Twisted pair;Frequency characteristics

TD63＋4；TD65＋3

A

1672-5050（2010）03-0073-03

2009-11-18

蘭建容（1971—），女，福建古田人，碩士研究生，副教授，從事工業(yè)自動控制及計算機應用研究。

劉新光