矿用双绞线传输特性的分析

兰建容

（福建农林大学，福建 福州350002）

矿用双绞线传输特性的分析

兰建容

（福建农林大学，福建 福州350002）

以普通双绞线数值模型参数为基础，采用数据拟合的方法推导出矿用双绞线的数值模型参数，建立了矿用双绞线的RLCG模型，并进行了仿真分析，为进一步研究矿用双绞线的信号传输特性奠定了基础。

矿井；双绞线；频率特性

1 矿用双绞线RLCG模型

1.1 模型等效参数

欧美等技术先进国家根据大量的测试数据和经验公式，导出了各国普通双绞线的数值模型。由于缺乏测试数据，目前尚没有矿用双绞线基本电气参数的数据和标准，只能参考已有的数值模型，建立矿用双绞线的近似数值模型。本文参考英国的BT号1模型建立矿用双绞线的近似RLCG模型，根据表1所示的双绞线数值模型参数，推导确定矿用双绞线的近似RLCG模型参数。

影响双绞线基本参数的最主要因素是双绞线的线径，从表1可以看出，大多数的数值模型参数随线径呈规律变化。因此，可以考虑采用数据拟合的方法，在已有的线径和参数值的基础上，根据矿用双绞线的线径估算出矿用双绞线的数值模型参数。

表1 普通双绞线数值模型参数

下面以fm参数为例，说明数值模型参数的确定方法。根据表1中的fm数据，得到如下拟合公式：

式中：d为双绞线的线径。

图1所示的是fm的拟合曲线，可以看出，拟合效果较好。

图1 fm拟合曲线

根据式（1）可以计算出对应于矿用双绞线线径的fm参数值。采用该拟合方法，可以得到模型的其它参数值，如表2所示。

1.2 电阻数值模型

矿用双绞线的电阻数值模型为

图2所示的是普通双绞线AWG26和三种矿用双绞线的电阻频率特性。可以看出，在低频段，电阻等于直流电阻Roc；随着频率的升高，特别是大于100kHz后，电阻呈指数上升。另外，随着双绞线线径的增大，电阻逐渐减小。

表2 矿用双绞线数值模型参数

图2 矿用双绞线电阻频率特性

1.3 电感数值模型

矿用双绞线的电感数值模型为：

图3 矿用双绞线电感频率特性

图3所示的是普通双绞线AWG26和矿用双绞线电感频率特性。可以看出，在低频段电感比较稳定；当频率大于100kHz后，随频率的升高，电感逐渐变小。

1.4 电容特性

矿用双绞线的电容数值模型为：

图4 矿用双绞线电容频率特性

图4所示的是普通双绞线FT06和矿用双绞线的电容频率特性。可以看出，电容随频率的变化很小，特别是在较高频段，电容较稳定。因此，很多标准化组织在构建电容数值模型时，采用简化模型

1.5 电导数值模型

矿用双绞线的电导数值模型为：

图5 矿用双绞线电导特性曲线

图5所示的是普通双绞线AWG26和三种矿用双绞线的电导频率特性。可以看出，当频率较小时，双绞线的电导特别小，其影响可以忽略不计；随着频率的升高，电导急剧增大。

1.6 传播常数

矿用双绞线的传播常数为

式中：α是传播常数的实部，称为衰减常数；β是传播常数的虚部，称为相位常数。

图6所示的是普通双绞线AWG26和矿用双绞线的衰减常数频率特性。可以看出，衰减常数和相位常数都随频率的增加而增加。双绞线的线径对衰减常数也有影响，线径越粗，衰减常数越小，信号衰减也就越小。

图6 矿用双绞线衰减常数频率特性

图7所示的是普通双绞线AWG26和矿用双绞线的相位常数频率特性。可以看出，三条线径不同的双绞线的相位常数曲线几乎重合，说明线径对相位常数的影响很小。

图7 矿用双绞线相位常数频率特性

1.7 特征阻抗

矿用双绞线的特征阻抗为

图8所示的是矿用双绞线特征阻抗幅频特性。频率低于100 kHz时，特征阻抗的幅度随频率的升高而变小。频率大于100 kHz后，三种双绞线的特征阻抗幅度都趋近于100 Ω。在较低频段，矿用双绞线线径对特征阻抗的幅度有影响，特征阻抗的幅度随线径的减小而增大。

图8 矿用双绞线特征阻抗幅频特性

图9 矿用双绞线特征阻抗相频特性

图9所示的是矿用双绞线特征阻抗相频特性。随着频率的升高，不同线径的双绞线特征阻抗相位均从负值向零增加，当频率高于100 kHz时，各双绞线特征阻抗的相位均趋向于零。此时，矿用双绞线的特征阻抗相当于纯电阻。

2 结论

通过分析普通双绞线的数值模型参数，采用数据拟合的方法推导出矿用双绞线的数值模型参数，从而建立了矿用双绞线的RLCG模型，并对R，L，C和G的频率特性进行仿真分析，给出α和β的频率特性以及特征阻抗的幅频特性和相频特性，为进一步研究矿用双绞线的信号传输特性奠定了基础。

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

兰建容（1971—），女，福建古田人，硕士研究生，副教授，从事工业自动控制及计算机应用研究。

刘新光