Вхідний опір

Вище вказувалося, що електромагнітна хвиля має здатність відбиватися. Якщо електричне коло розімкнуте або замкнуте на кінці накоротко, електромагнітна хвиля, досягши кінця електричного кола, відбивається повністю й поширюється до його початку.

При опорі навантаження, рівному хвильовому опору електричного кола (погоджене включення), електромагнітна хвиля відбиватися не буде і вся енергія надійде в навантаження.

При опорі навантаження, що відрізняється від хвильового опору електричного кола (неузгоджене включення), енергія буде відбиватися частково: чим менше буде відрізнятися опір навантаження від хвильового опору електричного кола, тим менше буде відбиватися енергії й більше поглинатися навантаженням.

Таким чином, при погодженому включенні в електричному колі будуть мати місце тільки електромагнітні хвилі, що поширюються від початку до кінця електричного кола. Ці хвилі називаються падаючими. При неузгодженому включенні, крім падаючих хвиль, з'являються відбиті хвилі, що поширюються від кінця до початку електричного кола.

При неузгодженому включенні відношення напруги до струму в будь-якій точці електричного кола, у тому числі й на початку його, не рівні між собою, тому що напруга й струм будуть складатися з напруг і струмів падаючих і відбитих хвиль:

Відношення

у будь-якій точці електричного кола буде відрізнятися по величині від хвильового опору.

Для характеристики електричних кіл, у яких відбивається електромагнітна енергія, уведено поняття вхідний опір.

Вхідним опором електричного кола називається опір, виміряний на його вході при будь-якому навантажувальному опорі на кінці. Воно визначається як відношення напруги до струму на початку електричного кола і позначається Zвх .

Якщо коло електрично довге (загасання більше 1,5 Нп), то відбиті хвилі через втрату енергії не будуть доходити до початку електричного кола і вхідний опір кола буде дорівнювати хвильовому.

Якщо навантажувальний опір дорівнює хвильовому опору електричного кола, то відбиті хвилі виникати не будуть, і вхідний опір також буде дорівнювати хвильовому.

У всіх інших випадках вхідний опір буде відрізнятися по величині від хвильового. Ця відмінність буде тим більше, чим більше буде відрізнятися опір навантаження від хвильового опору електричного кола.

Загасання електричного кола

В техніці зв'язку представляється більш зручним оцінювати потужності, напруги і струми сигналів не їхніми абсолютними значеннями у ватах, вольтах або амперах, а у відносних логарифмічних одиницях – рівнях потужності, напруги і струму. При цьому властивості чотирьополюсників також будуть визначаться у відносних логарифмічних одиницях між потужностями (напругами, струмами) у вхідному й вихідному електричному колі.

Розглянемо деякі визначення, які знадобляться при розгляді наступного матеріалу.

Рівень - це відношення активної потужності у вимірюваній точці електричного кола до еталонного значення потужності, виражене в логарифмічних одиницях.

Еталонними в техніку зв'язку прийнято вважати потужності 1 мВт, напруга 0,775 В и струм 1,29 мА.

Нульовим рівнем називається рівень якої-небудь точки, значення потужності, напруги і струми яких рівні еталонним.

Часто знаходять застосування абсолютні і відносні рівні передачі. Абсолютним рівнем потужності називається відношення активної потужності сигналу у вимірюваній точці електричного кола передачі до активної потужності 1 мВт, виражене в логарифмічних одиницях.

дБ,

або

Нп.

Відносним рівнем потужності називається відношення потужності у вимірюваній точці тракту передачі до потужності сигналу на початку тракту або в точці, умовно прийнятої за початок, виражений у логарифмічних одиницях.

дБ,

або

Нп.

На підставі наведених формул легко знайти, що 1 Нп=8,69 дБ, 1 дБ=0,115 Нп

Як вказувалося вище, амплітуди струму й напруги наприкінці електричного кола менше амплітуд струму й напруги на початку кола. Отже, при поширенні електричної енергії по проводам амплітуди струму і напруги зменшуються, або, як говорять, перетерплюють загасання.

Одиницею загасання є непер.

Один непер (1 Нп) - це загасання такого електричного кола, наприкінці якого амплітуда струму або напруги в 2,72 рази менше амплітуди струму або напруги на початку електричного кола. Тому що наприкінці електричного кола, що має загасання 1 Нп, струм і напруга зменшуються в 2,72 рази, то потужність, рівна добутку напруги на струм (P=U*I), зменшується в 7,4 рази (2,72*2,72).

Якщо загасання становить 2 Нп, то струм і напруга послабляються в 2,72², а потужність в 7,4² рази; якщо загасання становить 3 Нп, то струм і напруга послабляються в 2,72³, а потужність 7,4³ рази й т.д.

Загасання однорідного електричного кола довжиною 1 км називається кілометричним загасанням. Кілометричне загасання позначається буквою b і вимірюється в неперах на 1 км. Воно характеризує зменшення струму, напруги й потужності на однорідній ділянці електричного кола довжиною 1 км.

Кілометричне загасання залежить від первинних параметрів електричного кола.

Для постійних повітряних ліній зв'язку ця залежність визначається формулою

де R, L, С, G-первинні параметри електричного кола.

Для кабельних електричних кіл, у яких переважне значення має ємність, а індуктивність і провідність ізоляції дуже малі по величині, залежність кілометричного загасання від первинних параметрів може бути виражена формулою

Так як первинні параметри електричного кола залежать від частоти, то й кілометричне загасання залежить від частоти: зі збільшенням частоти струму кілометричне загасання електричних кіл збільшується. Збільшення загасання пояснюється тим, що зі зростанням частоти струму збільшуються активний опір і провідність ізоляції.

Рис. 1.3. Визначення дальності телефонного зв'язку

Знаючи кілометричне загасання електричного кола (b ) і довжину електричного кола (l), можна визначити власне загасання всього кола (b):

Знаючи кілометричне загасання електричного кола і загасання, що здатне перекрити та або інша апаратура (b_пер), можна визначити дальність телефонного зв'язку (рис, 1.3):

Параметри впливу 

Між телефонними електричними колами постійної повітряної лінії зв'язку, між електричними колами постійної кабельної лінії зв'язку й між польовими кабельними лініями, прокладеними паралельно, спостерігаються взаємні впливи. Вони виражаються в тім, що розмова, що передається по одному електричному колу, прослуховується в інших електричних колах. Це погіршує якість і дальність зв'язку.

Взаємний вплив електричних кіл пояснюється наявністю паразитних зв'язків між ними, в основному індуктивних і ємкісних.

При проходженні змінного струму по електричному колі, що впливає, навколо його створюється змінне магнітне поле, що перетинає електричне коло, піддане впливу.

За рахунок індуктивного зв'язку в електричному колі, підданому впливу, з'явиться перехідний струм (Iп), спрямований проти струму в колі, що впливає (рис. 1.4).

За рахунок ємкісного зв'язку в електричному колі, підданому впливу, також з'явиться перехідний струм (Iп), спрямований у різні сторони.

Таким чином, у колі, підданому впливу, за рахунок індуктивного і ємкісного зв'язків з'явиться перехідний струм, при цьому через телефон на ближньому до генератора кінці

Рис. 1.4. Вплив між ланцюгами

пройде сума ємкісного й індуктивного струмів, а на далекому кінці - різниця цих струмів.

Крім того, величина перехідного струму на далекому кінці зменшується, тому що електричне коло, піддане впливу, має певне загасання.

Тому величина перехідного струму на ближньому кінці електричного кола більше величини перехідного струму на далекому кінці кола. Практикою й розрахунками встановлено, що в електричному колі, підданому впливу, розмова, що проходить по колу, що впливає, не буде прослуховуватися, якщо величина перехідного струму на ближньому кінці складе не більше 0, 5 мкА.

Однак ступінь взаємного впливу електричного кола оцінюється не величиною перехідного струму, а величиною перехідного загасання.

Перехідним загасанням між електричними колами називається загасання, що перетерплюють струми перешкод при переході з одного ланцюга в інший.

Перехідне загасання виміряється в неперах.

Якщо величина струму при переході з електричного кола, що впливає, на коло, підданому впливу, зменшується в 2,72 рази, то перехідне загасання дорівнює 1 Нп.

Розрізняють перехідне загасання на ближньому й далекому кінцях електричного кола (рис. 1.5).

Загасання перехідних струмів на тім кінці електричного кола, де розташований генератор кола, що впливає, називається перехідним загасанням на ближньому кінці (В).

Загасання перехідних струмів, що надійшли на далекий кінець електричного кола, підданому впливу, називається перехідним загасанням на далекому кінці (В_Д ).

Ступінь взаємного впливу електричних кіл часто характеризується ще однією величиною – захищеністю кіл (В_З),

Рис. 1.5 Перехідне загасання й захищеність електричних кіл

Захищеність між однаковими колами чисельно дорівнює різниці між перехідним загасанням на далекому кінці (В_Д) і власним загасанням електричного кола (b 1):

Для збільшення перехідного загасання між електричними колами на постійних повітряних лініях зв'язку проведення телефонних кіл схрещуються, у польових кабелях далекого зв'язку і постійних кабелів зв'язку при виготовленні їх на заводі струмопровідні жили скручуються в групи (пари, четвірки, вісімки), кола екрануються, а при прокладці кабельних ліній виробляється симетрування кабелю.