КАБЕЛЬНЫЙ ОТВЕТВИТЕЛЬ

Полезная модель относится к телекоммуникационной технике и может быть использована в конструкциях кабельных ответвителей, реализующих функцию подключения абонентов к магистральным шинам линий передачи информации по последовательному магистральному интерфейсу с централизованным управлением, применяемому в системах электронных модулей.
Основные технические требования к линиям передачи информации по последовательному магистральному интерфейсу в системах электронных модулей изложены в [1] - ГОСТ 26765.52-87 «Интерфейс магистральный последовательный системы электронных модулей. Общие требования», а также в [2] - ГОСТ Р 52070-2003 «Интерфейс магистральный последовательный системы электронных модулей». В соответствии с [1] и [2] линия передачи информации по последовательному магистральному интерфейсу состоит из магистральной шины и кабельных ответвителей, служащих для подключения шлейфов абонентских устройств; магистральная шина и абонентские шлейфы выполняются при этом из кабелей с витой экранированной парой проводов в защитной оболочке. При необходимости обеспечения гальванической развязки магистрального и абонентских кабелей кабельные ответвители оснащаются согласующими трансформаторами и защитными резисторами, при этом выводы вторичных обмоток согласующих трансформаторов подключаются к проводам абонентских кабелей, а выводы первичных обмоток через защитные резисторы подключаются к проводам магистрального кабеля, см., например, [1, с.18-19, черт.9]. Конструктивное выполнение кабельных ответвителей в [1] и [2] не регламентировано, их особенности зависят от конкретных условий применения кабельных систем.
Рассматриваемый в настоящей заявке кабельный ответвитель предназначен для использования в кабельной системе, прокладываемой на объекте, например транспортном средстве, в соответствующих желобах или на кронштейнах. Исходя из этого, к конструкции кабельного ответвителя предъявляются требования по минимизации массогабаритных характеристик, удобству монтажа, устойчивости к внешним воздействиям. При этом предпочтительными являются удлиненные конструкции с двухсторонним
продольным подводом кабелей, создающие наименьшие трудности при прокладке кабелей как в кабельных желобах, так и на весу на кронштейнах.
Известна описанная в [3] - RU №2228569 (C1), H 02 G 15/18, 10.05.2004 конструкция разветвительной муфты для электрического кабеля связи, обеспечивающая разветвление основного кабеля по меньшей мере на два направления. Муфта содержит корпус с патрубком для ввода основного кабеля и соединенный с корпусом оголовник с патрубками для вывода ответвляющихся кабелей. Сростки жил кабелей расположены в заполненной герметизирующим заполнителем опалубке, выполненной из пленки, один край которой герметично закреплен на оболочке основного кабеля, а второй край герметично закреплен по наружной поверхности выступа, выполненного на торце оголовника, обращенном внутрь муфты. В такой конструкции осуществляется непосредственное сращивание жил соединяемых кабелей и не предусмотрена возможность соединения кабелей через развязывающие элементы.
Более широкими возможностями по реализации различных схем кабельных соединений и разветвлений обладают конструкции разветвительных кабельных коробок, в которых соединение кабелей осуществляется, в отличие от [3], не путем непосредственного сращивания жил кабелей, а с использованием дополнительных средств соединения - коммутационных панелей и плат.
Например, в [4] - SU №920931 (A1), H 02 G 3/08, 15.04.1982 представлена конструкция разветвительной кабельной коробки, которая позволяет реализовать подключение двух абонентских кабелей к магистральному кабелю. В состав данной конструкции входит корпус из изоляционного материала, выполненный в форме прямоугольной коробки. На двух противоположных боковых сторонах корпуса имеются расположенные соосно кабельные вводы, которые предпочтительно использовать для магистрального кабеля. На одной из двух других боковых сторон расположены рядом два кабельных ввода, которые предпочтительно использовать для абонентских кабелей. На дне корпуса выполнена совмещенная с корпусом коммутационная панель, токопроводящие резьбовые штыри которой вмонтированы в ребра жесткости корпуса. К штырям в соответствии со схемой соединения подсоединяются проводники разрезанного магистрального кабеля и проводники абонентских кабелей; штыри соединяются токопроводящими перемычками в соответствии со схемой соединения кабелей; токопроводящие перемычки и проводники кабелей закрепляются на штырях соответствующими гайками; корпус со смонтированными кабелями закрывается крышкой и закрепляется на несущей панели.
Представленная в [4] конструкция позволяет реализовать схему с гальванической связью магистрального и абонентских кабелей, например схему, представленную в [1, с.22, черт.13]. В конструкции [4] не предусмотрены средства для размещения и подключения развязывающих элементов.
Аналогичный принцип гальванического соединения кабелей реализуется в ответвительной коробке, конструкция которой описана в [5] - SU №1705936 (A1), H 02 G 3/08, 14.07.1989. При этом, в отличие от конструкции [4], в конструкции [5] коммутационная панель выполнена в виде отдельного конструктивного элемента, закрепленного на дне корпуса, что позволяет выполнить корпус из электропроводящего материала. В этом случае корпус помимо функции несущего элемента конструкции выполняет также функцию электромагнитного экрана для схемы соединения кабелей.
Для реализации кабельного ответвителя с гальванической развязкой кабелей могут быть использованы конструкции, в состав которых входят коммутационные платы, на которых наряду с соединительными элементами могут быть размещены необходимые элементы развязки. Примерами таких конструкций являются конструкции кабельных коробок, описанных, в частности, в [6] - SU №674140 (A1), H 02 G 15/10, H 02 G 3/08, 15.07.1979 и [7] - SU №784035 (A1), H 05 K 5/00, Н 02 В 13/045, H 02 G 3/08, 10.12.1980. При разработке конструкций [6] и [7] решались, в основном, технические задачи повышения плотности кабельных соединений при одновременном повышении технологичности монтажа. Задачи решались за счет определенного выполнения плат, а именно, в [6] применены две платы, соединенные друг с другом шарнирно, а в [7] применен набор плат, установленных друг над другом с образованием усеченной пирамиды. Конструкции [6] и [7] удобны при необходимости соединения и ответвления большого числа кабелей и проведения монтажа непосредственно на объекте. Для небольшого числа кабелей (в пределах нескольких единиц) конструкции, представленные в [6] и [7], избыточно сложны и громоздки.
Существенно более простым по конструкции является описанное в [8] - SU №1557618 (A1), H 02 G 15/08, 15.04.1990 кабельное устройство, которое при определенном выполнении коммутационной печатной платы способно реализовать функцию кабельного ответвителя для кабельной линии передачи информации по последовательному магистральному интерфейсу с гальванической развязкой магистрального и абонентских кабелей. Устройство, описанное в [8], принято в качестве прототипа заявляемого кабельного ответвителя.
Устройство-прототип содержит круглый коробчатый корпус, выполненный из двух сочлененных частей, оснащенных внутренними электропроводящими экранами. Первая из этих частей выполняет функцию экранирующего основания, а вторая - функцию экранирующей крышки. В сочлененном положении обе части корпуса фиксируются термоусаживаемой трубкой. Дно первой части корпуса снабжено патрубками для ввода экранированных кабелей. В соответствии с расположением этих патрубков в экране, прилегающем к дну первой части корпуса, выполнены необходимые окна для прохождения кабелей. Фиксация кабелей в патрубках осуществляется с помощью термоусаживаемой трубки. В экранированном пространстве первой части корпуса расположена печатная плата, несущая на себе элементы, реализующие схему соединения кабелей. К печатной плате присоединены с помощью пайки провода, выходящие из разделанных концов кабелей, а экранирующие оболочки кабелей в местах прохождения кабелей через указанные окна в экране соединены с ним с помощью электропроводящего клея.
Конструкция устройства-прототипа за счет имеющейся в нем печатной платы позволяет реализовать любую нужную электрическую схему соединения кабелей, в том числе стандартную схему кабельного ответвителя с гальванической развязкой магистрального и абонентских кабелей, представленную в [1, с.18-19, черт.9]. Конструкция устройства-прототипа характеризуется компактностью, простотой монтажа, возможностями осуществления демонтажа и повторного монтажа на объекте. При этом для демонтажа достаточно разрезать термоусаживаемую трубку и снять крышку, открыв тем самым доступ к печатной плате для проведения измерений и/или перепайки проводов, после чего нужно вновь надеть крышку и зафиксировать ее с помощью термоусаживаемой трубки.
Однако конструкция устройства-прототипа, предусматривающая односторонний подвод кабелей со стороны дна корпуса, не всегда удобна по условиям прокладки кабельной системы. В частности, использование устройства-прототипа требует петлеобразного изгиба подводимого к нему магистрального кабеля. Помимо того, что такая петля требует места для своего размещения, находящееся на конце петли устройство зачастую требует отдельного своего закрепления на несущей конструкции, в частности, в случаях функционирования кабельной системы в условиях вибрации.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является расширение арсенала кабельных ответвителей путем создания компактной
конструкции кабельного ответвителя на ограниченное число ответвлений (в пределах нескольких единиц), удобного для применения в кабельных магистральных системах передачи информации, не требующего, в отличие от прототипа, для своего подключения петлеобразного изгиба магистрального кабеля и отдельного для себя крепления.
Сущность заявляемой полезной модели заключается в следующем. Кабельный ответвитель содержит коробчатый корпус, состоящий из сочлененных нижней и верхней частей, первая из которых выполняет функцию экранирующего основания, а вторая - функцию экранирующей крышки, при этом во внутреннем пространстве корпуса расположена связанная с кабелями печатная плата, несущая на себе элементы электрической схемы кабельного ответвителя. В отличие от прототипа корпус имеет форму удлиненного параллелепипеда и выполнен из электропроводящего материала, ввод во внутреннее пространство корпуса кабелей, представляющих собой кабели с витой экранированной парой проводов, осуществляется с противоположных торцевых сторон корпуса, причем кабели в местах их ввода внутрь корпуса располагаются в одной плоскости, параллельной дну корпуса, с внешней стороны корпуса подводимые кабели зафиксированы в держателях, связанных с корпусом, а во внутреннем пространстве корпуса концы кабелей, разделанные до своих экранирующих оболочек, располагаются на печатной плате на ее верхнем проводящем слое, контактируя экранирующими оболочками с соответствующими земляными контактными площадками, связанными электрически друг с другом и с корпусом, при этом печатная плата располагается на изолирующей прокладке на дне корпуса и упирается своими выступающими вверх диэлектрическими элементами в нижнюю поверхность верхней части корпуса.
В вариантах выполнения, имеющих преимущественное практическое значение, держатели, осуществляющие фиксацию подводимых кабелей с внешней стороны корпуса, выполнены в виде расположенных на торцах верхней и нижней частей корпуса плоских скоб, обращенных друг к другу своими отогнутыми краями с образованием кольцеобразных фиксирующих зажимов для кабелей, при этом скобы, принадлежащие верхней и нижней частям корпуса, притянуты друг к другу с помощью взаимодействующих с ними винтовых стяжек, осуществляющих скрепление верхней и нижней частей корпуса между собой; указанная электрическая связь земляных контактных площадок с корпусом реализована с помощью заземляющего винта, соединяющего нижнюю часть корпуса и расположенную в верхнем проводящем слое печатной платы заземляющую
площадку, связанную электрически с земляными контактными площадками; в качестве диэлектрических элементов, обеспечивающих упор печатной платы в нижнюю поверхность верхней части корпуса, используются корпуса размещенных на печатной плате согласующих трансформаторов, осуществляющих гальваническую развязку магистрального и абонентских кабелей.
Сущность полезной модели и возможность ее осуществления поясняются чертежами, представленными на фиг.1-4, иллюстрирующими пример выполнения заявляемого кабельного ответвителя в варианте «проходного» кабельного ответвителя, обеспечивающего подключение к магистральному кабелю двух абонентских кабелей с гальванической развязкой между ними.
На фиг.1 представлен пример конструктивного выполнения заявляемого кабельного ответвителя, общий вид в разрезе;
на фиг.2 - то же, вид сверху в разрезе (печатные проводники на печатной плате условно не показаны);
на фиг.3 - вид со стороны первого торца (в увеличенном масштабе), поясняющий выполнение держателя;
на фиг.4 - функциональная схема.
Заявляемый кабельный ответвитель в рассматриваемом примере выполнения содержит коробчатый корпус 1, имеющий форму удлиненного параллелепипеда, состоящий из двух сочлененных частей - нижней части 2 и верхней части 3 (фиг.1, 2, 3); обе части 2, 3 выполнены из электропроводящего материала, преимущественно из металла, например из тонколистовой стали с защитным антикоррозийным покрытием. При этом нижняя часть 2 выполняет функцию экранирующего основания, а верхняя часть 3 - функцию экранирующей крышки.
Во внутреннем пространстве корпуса 1 находится печатная плата 4, несущая на себе элементы электрической схемы кабельного ответвителя.
1
2
В рассматриваемом случае «проходного» кабельного ответвителя, осуществляющего подключение к магистральному кабелю двух абонентских кабелей с гальванической развязкой между ними, к печатной плате 4 подключены концы разрезанного магистрального кабеля 5 (концы 5 и 5) и концы абонентских кабелей 6 и 7 (фиг.1-4). Кабели 5, 6 и 7 представляют собой кабели с витой экранированной парой проводов в защитной диэлектрической оболочке, например кабели типа КВСФ-75 ТУ 16.705.198-81 или аналогичные.
1
2
1
2
Выполненная на печатной плате 4 схема кабельного ответвителя в рассматриваемом случае содержит четыре защитных резистора 8 и два согласующих трансформатора 9, обеспечивающих гальваническую развязку магистрального кабеля 5 и абонентских кабелей 6 и 7 (фиг.1, 2, 4); все элементы располагаются в верхнем проводящем слое печатной платы 4 (фиг.1, 2). В качестве согласующих трансформаторов 9 используются, например, трансформаторы типа «ТИЛ 3В» или им аналогичные. Выводы первичных обмоток 10 согласующих трансформаторов 9 подключены через соответствующие защитные резисторы 8 к печатным проводникам, соединяющим на печатной плате 4 одноименные провода разрезанного магистрального кабеля 5, а именно, концы 11 и 11, 12 и 12 разрезанных проводов 11 и 12 кабеля 5, а выводы вторичных обмоток 13 согласующих трансформаторов 9 подключены на печатной плате 4 к проводам 14 и 15 абонентского кабеля 6 и к проводам 16 и 17 абонентского кабеля 7 (фиг.4). Экранирующие оболочки 18 кабелей 5, 6 и 7 контактируют на печатной плате 4 с земляными контактными площадками 19, электрически связанными соответствующими печатными проводниками с заземляющей площадкой 20 (фиг.2, 4); все указанные площадки 19 и 20 расположены в верхнем проводящем слое печатаной платы 4 (фиг.2).
Печатная плата 4 располагается на дне корпуса 1, т.е. на верхней поверхности 21 нижней части 2 корпуса 1, на изолирующей прокладке 22, упираясь своими выступающими вверх диэлектрическими элементами в нижнюю поверхность 23 его верхней части 3. В рассматриваемом примере этими диэлектрическими элементами являются корпуса согласующих трансформаторов 9 (фиг.1).
В практических конструкциях ширина печатной платы 4 выбирается минимально возможной исходя из ширины корпуса согласующего трансформатора 9, а длина - исходя из удобства размещения и монтажа элементов схемы кабельного ответвителя. Размеры внутренней полости корпуса 1 выбираются минимально возможными исходя из габаритов печатной платы 1, высоты корпуса согласующего трансформатора 9 и толщины изолирующей прокладки 22, причем выбираются таким образом, чтобы в собранной конструкции обеспечивался упор корпусов согласующих трансформаторов 9 в нижнюю поверхность 23 верхней части 3 корпуса 1 (фиг.1).
Печатная плата 4 связана с корпусом 1 через заземляющий винт 24. Заземляющий винт 24 проходит через сквозное отверстие, выполненное в печатной плате 4 в заземляющей площадке 20, контактируя с ней своей головкой, проходит далее через сквозное отверстие, выполненное в изолирующей прокладке 22, и ввинчен в резьбовое
отверстие, выполненное в нижней части 2 корпуса 1 (фиг.1, 2). Тем самым реализуется электрическая связь заземляющей площадки 20 и связанных с ней земляных контактных площадок 19 с корпусом 1.
1
1
2
Ввод кабелей 5, 6 и 7 во внутреннее пространство корпуса 1 осуществляется с противоположных торцевых сторон 25 и 26 корпуса 1. В рассматриваемом примере с первой торцевой стороны 25 во внутреннее пространство корпуса 1 входят первый конец 5 магистрального кабеля 5 и конец абонентского кабеля 6, а с противоположной торцевой стороны 26 во внутреннее пространство корпуса 1 входят второй конец 52 магистрального кабеля 5 и конец абонентского кабеля 7. Концы 5 и 5 магистрального кабеля 5 и концы абонентских кабелей 6 и 7 в местах их ввода внутрь корпуса 1 располагаются в одной плоскости, параллельной дну корпуса 1, т.е. верхней поверхности 21 нижней части 2 корпуса 1 (фиг.1-3).
1
2
Во внутреннем пространстве корпуса 1 концы 5 и 5 магистрального кабеля 5 и концы абонентских кабелей 6 и 7, разделанные до своих экранирующих оболочек 18, располагаются на печатной плате 4 на ее верхнем проводящем слое, контактируя этими экранирующими оболочками 18 с соответствующими земляными контактными площадками 19 (фиг.1, 2, 4), Места взаимодействия экранирующих оболочек 18 с земляными контактными площадками 19 пропаяны. Земляные контактные площадки 19, как указано выше, с помощью соответствующих печатных проводников связаны электрически друг с другом и с заземляющей площадкой 20 (фиг.4), которая с помощью заземляющего винта 24 соединена, в свою очередь, с корпусом 1. Тем самым обеспечивается электрическая связь экранирующих оболочек 18 кабелей 5, 6 и 7 с корпусом 1, причем их соединение с корпусом 1 осуществляется в одной точке, определяемой местом соединения заземляющего винта 24 с нижней частью 2 корпуса 1.
1
2
С внешней стороны корпуса 1 концы 5 и 5 подводимого магистрального кабеля 5 и концы подводимых абонентских кабелей 6 и 7 зафиксированы в держателях 27, конструктивно связанных с корпусом 1. В рассматриваемом примере держатели 27 выполнены в виде расположенных на торцах нижней 2 и верхней 3 частей корпуса 1 двух пар плоских скоб 28 и 29, обращенных друг к другу своими отогнутыми краями с образованием кольцеобразных фиксирующих зажимов для кабелей (фиг.3, 2). Плоские скобы 28 и 29 притянуты друг к другу с помощью взаимодействующих с ними винтовых стяжек, обеспечивающих скрепление нижней 2 и верхней 3 частей корпуса 1 между собой и, одновременно, зажим находящихся между скобами 28 и 29 кабелей. В рассматриваемом
примере указанные винтовые стяжки реализованы в виде винтов 30, проходящих через сквозные отверстия, выполненные в скобах 29, и ввинченных в резьбовые отверстия, выполненные в скобах 28, при этом расположение отверстий в скобах 28 и 29 таково, что винты 30 проходят между зажимаемыми кабелями (фиг.2, 3).
В рассматриваемом примере скобы 29, принадлежащие верхней части 3 корпуса 1, входят своими отогнутыми краями внутрь скоб 28, принадлежащих нижней части 2 корпуса 1 (фиг.3). При таком конструктивном решении отогнутые края скоб 29 выполняют функцию ограничителей, препятствующих пережиму кабелей при завинчивании винтов 30.
Таким образом, с помощью двух винтов 30 осуществляется одновременно скрепление верхней 3 и нижней 2 частей корпуса 1 между собой и фиксация подводимых кабелей 5, 6 и 7 в держателях 27. При этом печатная плата 4 оказывается надежно зафиксированной во внутреннем пространстве корпуса 1, во-первых, за счет рассмотренного скрепления ее с нижней частью 2 корпуса 1 заземляющим винтом 24, а во-вторых, за счет упора корпусов согласующих трансформаторов 9 в нижнюю поверхность 23 верхней части 3 корпуса 1. Достоинствами такого конструктивного решения являются простота выполнения и возможность реализации кабельного ответвителя в минимальных габаритах при одновременном обеспечении необходимой прочности и жесткости.
В практических конструкциях, относящихся к рассматриваемому случаю «проходного» кабельного ответвителя на два абонента с гальванической развязкой кабелей, габариты кабельного ответвителя составляют 82×14×10 мм (длина, ширина, высота), а его масса (без учета кабелей) составляет 30 граммов.
Такие массогабаритные характеристики заявляемого кабельного ответвителя, наряду с конструктивной прочностью и торцевым подводом кабелей, обуславливают удобство и перспективность его применения в кабельных системах линий передачи информации по последовательному магистральному интерфейсу. При этом заявляемый кабельный ответвитель, в отличие от прототипа, не требует петлеобразного изгиба магистрального кабеля и отдельного для себя крепления: он может висеть вместе с кабелем на кронштейнах или располагается вместе с кабелем в соответствующем желобе.
Заявляемый кабельный ответвитель изготавливается и монтируется в составе кабельной системы преимущественно в стационарных производственных условиях. При этом, в зависимости от предстоящих условий эксплуатации, он может быть, при необходимости, дополнительно загерметизирован. В этом случае кабельный ответвитель
вместе с подведенными к нему кабелями помещается в отрезок термоусаживаемой трубки, после чего термоусаживаемую трубку нагревают, а после ее усадки в ее торцы нагнетают герметик.
Помимо рассмотренного в настоящей заявке случая выполнения заявляемого кабельного ответвителя в варианте «проходного» кабельного ответвителя, осуществляющего подключение к магистральному кабелю 5 двух абонентских кабелей 6 и 7 с гальванической развязкой между ними, заявляемый кабельный ответвитель может быть выполнен в варианте «концевого» кабельного ответвителя. В этом случае на печатной плате 4 параллельно проводам 11 и 12 магистрального кабеля 5 подключается дополнительный согласующий резистор с сопротивлением, соответствующим волновому сопротивлению кабеля (на фиг.1-4 не показано).
Таким образом, из рассмотренного следует, что заявляемая полезная модель осуществима и решает поставленную задачу по расширению арсенала кабельных ответвителей путем создания компактной конструкции кабельного ответвителя на ограниченное число ответвлений (в пределах нескольких единиц), удобного для применения в кабельных магистральных системах передачи информации, не требующего, по сравнению с прототипом, петлеобразного изгиба магистрального кабеля и отдельного для себя крепления.
Источники информации
1. ГОСТ 26765.52-87. Интерфейс магистральный последовательный системы электронных модулей. Общие требования.
2. ГОСТ Р 52070-2003. Интерфейс магистральный последовательный системы электронных модулей.
3. RU №2228569 (C1), H 02 G 15/18, опубл. 10.05.2004.
4. SU №920931 (A1), H 02 G 3/08, опубл. 15.04.1982.
5. SU №1705936 (A1), H 02 G 3/08, опубл. 14.07.1989.
6. SU №674140 (A1), H 02 G 15/10, H 02 G 3/08, опубл. 15.07.1979.
7. SU №784035 (A1), H 05 K 5/00, Н 02 В 13/045, H 02 G 3/08, опубл. 10.12.1980.
8. SU №1557618 (A1), H 02 G 15/08, опубл. 15.04.1990.