ТЕМА
Електромагнітні впливи в лініях передачі
1 Проблемаелектромагнітної сумісності у ЛП. Джерела електромагнітних впливів. Основніположення теорії взаємних впливів
Напрямні системи,кола та тракти ліній передачі знаходяться під постійним впливів сторонніхелектромагнітних полів різного походження. Вони наводять струми та напругу втрактах ліній передачі, створюють завади, погіршують якість зв’язку.
Суть проблемиелектромагнітної сумісності полягає в тому, що на телекомунікаційні пристроївпливають сторонні поля, спектри яких повністю або частково співпадають зіспектром сигнального поля.
Впливи на лініїпередачі поділяються на зовнішні та внутрішні, які називаються взаємнимивпливами.
Джерела зовнішніхвпливів поділяються на природні та штучного походження. До першої группивідносяться атмосферна електрика, магнітні бурі; до другої – лініїелектропередачі, електрифікований транспорт, електричні машини.
На рис. 1наведена схема взаємних впливів у чотирипроводовій лінії. Перша лінія єактивною, на її вході підключений генератор. Друга лінія є пасивною.
/>
Рисунок. 1 −Схема взаємних впливів у чотирипроводовій лінії
Визначимо основніпараметри взаємних впливів між колами ліній передачі.
Перехіднезагасання на частоті /> на ближньому кінці лінії, дБ
/>, (1)
Перехіднезагасання на дальному кінці лінії, дБ
/>, (2)
Захищеність надальньому кінці, дБ
/> (3)
Такі ж саміпараметри визначаються через струми та напруги на кінцях лінії
/> (4)
Захищенність таперехідне загасання на дальному кінці пов’язані співвідношенням
/>, (5)
де /> – загасання лінії,дБ/км; /> –довжина лінії, км.
Ці параметри євторинними параметрами взаємних впливів. Первинні параметри взаємних впливіввизначають електричні та магнітні зв’язки в кабельній четвірці (рис 2)
/>
а) б)
Рисунок 2 –Еквівалентні схеми мостів зв’язку: а) електричного, б) магнітного
Реактивніскладові електричного зв’язку в „четвірки” визначаються ємнісними зв’язками:
/> (6)
Активна складоваелектричного зв’язу дорівнює
/> (7)
Активна (/>) та реактивна(/>)складові магнітного зв’язку дорівнюють
/> (8)
Між первиннимипараметрами взаємних впливів існує зв’язок
/>
Приклад 1.Кабельною лiнiєю передаються сигнали зі смугами частот:
60...240 кГц та180...400 кГц;
б) 60...240 кГцта 252...512 кГц.
В якому з цихвипадків виникають взаємні впливи?
Розв’язок. Увипадку а) смуги частот сигналів перекриваються, тому виникають взаємнівпливи.У випадку б) смуги частот сигналів не перекриваються, тому взаємнівпливи відсутні (рис.3).
/>
Рисунок 3 −До розв’язку прикладу 1
Приклад 2. В двохчотирипроводових кабельних лініях виміряні такі величини
– в першій лінії />, />;
– в другій лінії />, />.
В якій з цихліній взаємні впливи будуть більші, якщо лінії на кінцях узгоджені?
Розв’язокНаведені дані дозволяють визначити перехідне загасання на ближньому кінці. Дляпершої лінії воно становить (4)
/>
Для визначення /> в другій лініїдоцільно потужність /> подати у відносних одиницях
/>.
Тоді />.
Отже, />, тому взаємнівпливи більші в другій лінії.
2 Взаємні впливив симетричних та коаксіальних колах
Під час аналізувзаємних впливів у симетричній четвірці враховуються тільки безпосереднівпливи. Еквівалентна схема взаємних впливів наведена на рис.4.
лінія передача електромагнітний
/>
Рисунок 4 −Еквівалентна схема взаємних впливів
Контур g, kвідображає електирчний зв’язок між робочими парами в четвірці, а контури r,m –магнітний.
Ця схема дозволяєодержати основне рівняння взаємних впливів та розрахункові формули длявизначення перехідних загасань і захищенності між колами симетричної четвiрки.
/>; (9)
/>, (10)
де />
– коефіцієнтелектромагнітного зв’язку між колами на ближньому кінці;
/>
− коефіцієнтелектромагнітного зв’язку між колами на дальньому кінці
/>, />; /> та />
− хвильовіопори відповідних робочих кіл.
Перехіднезагасання на ближньому кінці менше, ніж на дальньому, оскільки на ближньомукінці електричний та магнітний зв’язки додаються, а на дальньому –віднімаються.
Під час зростаннячастоти взаємні впливи посилюються. Вирази (8) та (10) єамплітудно-фазочастотними характеристиками взаємних впливів, які являютьгодографи на комплексній площині.
В симетричнихкабельних лініях нормуються первинні параметри взаємних впливів m, k, r, g. Всмузі тональних частот переважають реактивні складові зв’язків, ємніснаскладова значно перевищує індуктивну.
Зі зростаннямчастоти зменшується хвилевий опір, зростають магнітні зв’язки. На високихчастотах між електромагнітними зв’язками виконуються співвдношення:
/>; />; />
Слід звернутиувагу на утворення струмів завад на ближньому та на дальньому кінцях.
Струми, щостворюють завади на дальньому кінці з кожної елементарної дільниці лініїзменшуються при наближенні до кінця лінії, отже перехідне загасання наближньому кінці, починаючи з деякої довжини стає незмінним, оскільки струмизавад віддалених дільниць загасають, отже перехідне загасання на ближньомукінці визначаються струмами завад початкової дільниці лінії.
Струми завад надальньому кінці не залежать від довжини лінії, вони постійні протягом лінії,тому перехідне загасання на дальньому кінці зменшується зі зростанням довжинилінії.
На підсилювальнихдільницях ліній передачі з аналоговими сигналами струми завад накопичуютьсяуздовж всієї лінії. В лініях з цифровими сигналами такого накопичення немає,оскільки в кожному регенераторі відбуваються відновлення імпульсноїпослідовності з точністю до ймовірності помилки.
3 Взаємні впливив коаксіальних колах
Коаксіальна парає закритою напрямною системою, оскільки електоромагнітне поле зосереджене впросторі між провідниками, та не проникає в оточуючий простір, бодіє ефектсамоекранування. Схема взаємних впливів між коаксіальними колами наведена нарис. 5
/>
Рисунок 5 −Схема впливів між коаксіальними колами
Взаємні впливиміж коаксіальними парами обумовлені складовою /> на зовнішній поверхні зовнішньогопровідника, тому в коаксіальних колах присутні тільки магнітні зв’язки. Ступіньзв’язку між електромагнітними полями коаксіальних кіл характерізуютьсяпервинним параметром передачі – опором зв’язку />
/> , (11)
/>
Значення /> наведені вдодатку А.
Вторинніпараметри передачі розраховуються за формулами, дБ
/>, (12)
/>
де /> – постiйнарозповсюдження />, /> – довжина лінії.
Якщо />>25дБ (11)визначається виразом
/>, (13)
де />; /> та /> – власні опоризовнішніх провідників коаксіальних пар, /> – опір третього кола, обумовленийзовнішньою індуктивністю L3 зовнішніх провідників коаксіальних пар.Як правило />.Індуктивність третього проміжного кола L3 дорівнює Гн/км
/> , (14)
де /> – товщина ізоляції міжкоаксіальними парами. Якщо коаксіальні пари екрановані, то опір зв’язкувизначається
/>, (15)
де /> – повздовжнаіндуктивність сталевих стрічок екрану, />– внутрішня індуктивність сталевихстрічок.
/>; />; (16)
де /> – крок намотуваннястрічок екрана, /> – загальна товщина екрана, /> – відноснамагнітна проникливість сталевих стрічок. Як правило /> мм, />.
Зі зростаннямчастоти взаємні впливи в коаксіальних колах зменшуються, що обумовлюєтьсяефектом самоекранування.