-не люблю я кошек

-просто вы не умеете их готовить....

 

 

Уже довольно давно, предпринимая попытки максимально использовать все преимущества ethernet  технологии в области «неформального» сетестроительства, столкнулся с проблемой защиты оборудования проводных каналов связи  от разрушающего электромагнитного воздействия грозовых разрядов, а так же попадания на линии связи других постоянных и переменных напряжений. Недоумевая по поводу того, что  Ethernet сообщество не в полной мере использует опыт и достижения  профессионалов, и  любителей(к которым отношу и себя) радиосвязи в этой области,  написал небольшую статью , (размещенную на этом сайте) где высказывал свои соображения. Время шло. На интернет форумах ломались копья мнений. Появлялись новые  типы устройств грозозащиты, но не так чтобы уж очень активно, А грозы продолжали собирать свой урожай. И вот, сам, в очередной раз столкнувшись с задачей реализации комплекса мер защиты сетевого оборудования, неожиданно оказался в состоянии полной растерянности, беспомощности и понял что давал советы которые невозможно выполнить! Дело в том, что я всегда был уверен что в разного рода линейных устройствах, защиты, дистанционного питания и т.п., одним из самых важных являются разделительные трансформаторы. Критиковал предложения использовать для целей развязки например оптроны, или конденсаторы. Самозабвенно отстаивая неоспоримые достоинства трансформаторов, я, когда они мне понадобились, вдруг понял что мне их, именно тех, с теми свойствами которые были мне нужны, просто не где взять, купить или изготовить. Поиски в  интернете  не дали мне ничего внятного. Было от чего придти в уныние.  Стандартные трансформаторы из сетевых карт были дороги, рассчитаны на низкие токи и не такое уж высокое (около1кВ) напряжение пробоя изоляции. Они имели еще ряд важных, на взгляд самодеятельного конструктора, недостатков , но одно важное свойство у них все таки имелось – они  существовали! И работали!  Это, и ряд других удачно сложившихся обстоятельств, позволили , как мне кажется, во многом разобраться и решить большинство проблем. Скажу сразу, все мои потуги не отличались ни грамотным научным подходом, ни полнотой инженерной проработки – одним словом самодеятельность. Но я и не претендую на профессионализм, вся информация из интернета , а основной признак достигнутых результатов- «АГА, вроде работает».

На этом предисловие заканчивается. Далее, чтобы не пропустить чего либо важного, буду продолжать описывать то что происходило в поисках «нужного трансформатора» в том порядке как оно было.

Итак , что у меня было на старте – по большей части полузабытые , вынесенные из радиолюбительской практики сведения о согласованной нагрузке, полосе,  вч ферритах, трансформаторах  с объемным витком, импульсных трансформаторах промышленного изготовления( залитых эпоксидных компаундом, и поэтому непознанных), методах согласования и симметрирования применяющихся в антеннофидерных устройствах и пожалуй законе Ома. Из материалов- пара ферритовых колец из низкочастотного феррита, куски медного провода в эмалевой изоляции (ПЭЛ), фторопластовой(МГТФ) ну и конечно кабеля UTP пятой категории. Основная цель которую я преследовал была в том чтобы увеличить межобмоточное напряжение пробоя, поэтому сразу для себя решил, что на габариты внимания пка обращать не буду. ПЭЛ забраковал сразу, довольно опрометчиво, как потом выяснилось. МГТФа было мало, плохого качества(старые разодранные жгуты из «побывавших в употреблении» блоков электронной аппаратуры.  Я как лисица в басне о винограде утешал себя мыслью что у фторопласта большая диэлектрическая проницаемость, которая увеличит нежелательную межобмоточную емкость, да и изоляция не сплошная, лентой, а поверхностный пробой развивается, как известно, при гораздо более низких напряжениях. Поэтому первые трансформаторы, повышающие, которые я использовал на выходе усилителя мощности сигнала 10BASE-T представляли довольно жалкое зрелище – намотанные на кольцо внавал провода из кабеля UTP. Работали они отвратительно. Вносили в тракт передачи паразитные индуктивности, что вызывало значительные фазовые сдвиги, зарезали АЧХ и снизу и сверху ,одним словом - сильно искажали форму передаваемых импульсов. Положение усугублялось тем, что все это повторялось дважды в каждом направлении передачи данных, на обоих концах линии.

Как ни странно, в смысле грозозащиты их недостатки превращались достоинства. Ограничение полосы обеспечивало фильтрацию нежелательных наводок (особенно сильно мешала местная радиовещательная станция средневолнового диапазона),  а беспорядочная намотка обеспечивала небольшую емкость, и неплохое поглощение вч энергии материалом сердечника. Для компенсации этих потерь мне приходилось использовать усилители. Напряжение пробоя определялось свойствами изоляции жил UTP и, как не странно, составляло несколько десятков тысяч вольт.

Потуги облагородить и упростить изготовление привели к тому  что я стал мотать на кольцо сразу одну свитую пару проводов, не разбирая ее на отдельные проводники. Свойства трансформатора значительно улучшились,хотя и не на столько, чтобы его можно было использовать в 100мбит ном тракте. В то время я все свои усилия  направил на поиски высокочастотных ферритов, впрочем безрезультатные. Листая справочное пособие по высокочастотной схемотехнике, натолкнулся на описания широкополосных трансформаторов, и что удивительно, их конструкция, отдаленно напоминала те к которым я пришел методом проб и ошибок. Более целенаправленные поиски в интернете привели к тому что я уже имел достаточно материала для понимания того, к чему же я пришел.

Широкополосные трансформаторы, которые обладали необходимыми для технологии Ethernet качествами, называются трансформаторами на длинных линиях, сокращенно ТДЛ.

Здесь я позволю себе небольшое отступление, и попробую кратко, в рамках необходимого для нашей темы, рассказать, что же это такое –длинные линии.

Если взять пару проводников, бесконечной длины, расположенных рядом друг с другом(желательно в вакууме), они составят линию, бесконечную линию. Если мы изготовим эти проводники из материала удельное сопротивление которого равно нулю, сверхпроводящего,  то получим интересное свойство. Подключив к этому устройству тестер мы обнаружим что оно ничем не отличается от обыкновенного резистора. Все пробы и измерения будут указывать на то что перед нами обыкновенный резистор, с номиналом например 53 или 90 или 305 Ом. Любые изменения напряжения будут вызывать пропорциональные, по закону Ома изменения тока, а по линии будет убегать в бесконечность электромагнитная волна. Причем  величина сопротивления зависит  от конструктивных особенностей линии – от диаметра проводников и от расстояния между ними. Для объяснения этих явлений в учебниках обычно линию заменяют эквивалентом - две цепочки бесконечного количества малых, их называют распределенных, последовательно соединенных индуктивностей и между ними, цепочками, распределенных конденсаторов.

Индуктивные свойства проводников, как бы компенсируются емкостями между ними. В результате остается чисто активное сопротивление, его называют волновым, которое прямо пропорционально распределенной индуктивности проводников и обратно пропорционально распределенной емкости линии. Поэтому, волновое сопротивление линии зависит только от отношения диаметра проводников к расстоянию между ними. Линия диаметром 1мм будет обладать тем же сопротивлением что и линия диаметром 1м если это отношение у них будет одинаковым.

 

Продолжение следует