6.4. Концентрированное симметрирование при помощи контуров противосвязн

Этот метод находит широкое применение при симметрирова­нии ВЧ кабелей связи. В его основе лежит компенсаиия токов помех, вызываемых электромагнитными связями, токами компен­саиии, создаваемыми контурами противосвязи, которые концен­трируются в отдельных точках ЭКУ. Элементы контура противо­связи подбирают так, чтобы контур создавал ток компенсации I_2k , равный по амплитуде и противоположный по фазе току помех I₂₁ (рис. 6.3, а).

Рассмотрим эффективность концентрированного симметриро­вания на дальнем и ближнем концах. На рис. 6.3 сосредоточенные электромагнитные связи на дальием F₁₂ и ближнем N₁₂ концах, включенные на расстоянии х от начала линии, отображают реаль­ные электромагнитные связи, имеющие распределенный по длине характер. Противосвязи на дальнем F_12k и ближнем N_12k концах, включенные на расстоянии а от начала линии, должны обеспе­чить компенсацию мешаюших токов, переходящих в цепь, под­верженную влиянию.

Условие компенсации при влиянии на дальнем конце характе­ризуется равенством

из которого нетрудно видеть, что в случае, когда коэффициенты распространения взаимовлияющих цепей равны друг другу (γ₁=γ₂), условие компенсации F_12k= -F₁₂ выполмяется независимо от места включения контура противосвязи. Из рис. 6.3, а видно, что токи I₂₁ и I_21k проходят одинаковые пути, поэтому достаточно только nодобрать элементы контура противосвязи так,чтобы они воспроизводили частотную характеристику действующей между цепями электромагнитной связи и тем самым обеспечивали высо­кую степень компенсации (I_21k) в широком диапазоне частот.

Условие компенсации на ближнем конце залисывается так:

Из этого равенства следует, что достичь компенсации ме­шающих токов на ближнем конце можно только путем включения контура противосвязи в месте расположения электромагнитной связи, т. е. при выполнении условия х=α. Если учесть, что в дей­ствительности электромагнитные связи, как отмечено выше, но­сят распределённый характер, то становится ясно, что для полу­чения компенсации нужно между цепями включать большое чис­ло контуров противосвязи, что практически неприемлемо. Кроме того, в связи с тем, что коэффициенты распространения (главным образом коэффициенты фазы) зависят от частоты, то добиться высокой компенсации на ближнем конце можно только на одной частоте. На других же частотах эффективная компенсация не наблюдается. Причем на частотах, удаленных от частоты с высокой степенью компенсации, включенный контур может даже увели­чить взаимные влияния. Физически это можно объяснить тем, что токи I₂₀ и I_20K проходят разные пути (рис. 6.1, б), претерпевают разные амплитудные и фазовые изменения и условие компенса­ции I_20k= - I₂₀ не выполняется. По указанным причинам концен­трированное симметрирование на ближнем конце не применяют.

Таким образом, концентрированное симметрирование ВЧ ка­белей проводят только на дальнем конце, симметрируя кабели на длине элементарного кабельного участка. При этом, как правило, применяют схемы контуров противосвязи, представленные на рис. 6.4.

Как отмечалось выше, электромагнитные связи между цепями в области высоких частот носят комплексный характер, поэтому в теории симметрирования кроме переходного затухания и защи­щенности между цепями широко пользуются характеристикой взаимного влияния - nроводимостью комплексной связи, выра­жаемой в микросистемах:

Из этого выражения следует, что проводимость комплексной связи есть вектор, угловое смещение которого равно разности фаз тока помех и влияющего напряжения. Между проводимостью комплексной связи и защищенностью между цепями существуют следующие соотношения:

из которых следует, что чем больше защищенность между цепя­ми, тем меньше длина вектора комплексной связи и, наоборот, чем больше модуль связи, тем меньше защищенность. Соотноше­ния (6.4) считаются основыми в инженерной теории симметри­рования.

Второе основное соотношение симметрирования связывает проводимость комплексной связи между цепями с частичными проводимостями между жилами цепей:

Схема (рис. 4.3, а) аналогична мосту переменного тока, по­этому соотношение (6.5) можно использовать при рассмотрении симметрирования как процесса уравновешивания моста перемен­ного така путем изменения проводимости его плеч.

Так как симметрирование проводится с помощью контуров противосвязи, содержащих конденсаторы и резисторы, то можно записать

Противоположные плечи моста эквивалентны, поэтому, отне­ся суммы частичных проводимостей одного знака к одному из плеч, выражение (6.6) можно упростить:

По причине конструктивных и диэлектрических неоднородно­стей частичные проводимости носят случайный характер, поэто­му при Y≠0 возможны четыре характерных варианта расположе­ния на комплексной плоскости вектора проводимости комплекс­ной связи между цепями (рис. 6.5)

1. Если g₁₃> g₁₄ и С₁₃>С₁₄ ,то действительная и мнимая части проводимости комплексной связи положительны и вектор Y нахо­дится в 1 квадранте комплексной плоскости. Для его компенсаиии необходимо создать вектор противосвязи Y_п, расположенный в 3 квадранте. Такой вектор противосвязи можно создать подключе­нием между жилами 1 и 4 контура противосвязи, состоящего из конденсатора и резистора (рис. 6.5, а). Последовательное соеди­нение элементов контура выбрано исходя из таго, что включение контура не должно изменять величину сопротивления изоляции жил кабеля.

2. Если g₁₃< g₁₄ и С₁₃>С₁₄ ,то вектор Y расположен в 4 квад­ранте и для размещения вектора противосвязи Y_п в 1 квадранте необходимо включить контур противосвязи между жилами 1 и 3 (рис. 6.5, Б).

3. Если g₁₃< g₁₄ и С₁₃>С₁₄ ,то действительная часть проводимо­сти комплексной связи отрицательна, мнимая - положительна и вектор Y расположен во 2 квадранте. Для размещения вектора противосвязи Y_п в 4 квадранте необходимо включить между жилами 1 и 3 контур противосвязи, содержащий конденсатор и резистор, а между жилами 1 и 4- только конденсатор, создающий вектор, параллельный мнимой оси в отрицательном направлении (рис. 6.5, е). Положение вектора Y_п зависит от соотношения меж­ду R, С₁ и С₂.

4. Если g₁₃> g₁₄ и С₁₃<С₁₄, то вектор Y расположен в 4 квад­ранте и для размещения вектора противосвязи Y_п во 2 квадранте необходимо включить контур противосвязи пo схеме.

На рис. 6.5 приведены векторные диаграммы, определенные на одной отдельно взятой частоте. Симметрируют же ВЧ кабели в широком диапазоне частот, поэтому необходимо знать частотную характеристику векторов комплексных связей (ХКС) - годограф.

Годограф - это кривая, соединяющая вершины векторов ком­плексных связей на отдельных частотах. Годограф содержит пол­ную информацию о характере взаимного влияния между цепями, в то время как частотная характеристика защищенности (пере­ходного затухания) характеризует только модуль электромагнит­ной связи.

На рис. 6.6 представлен типовой годограф комплексных свя­зей при влиянии между цепями внутри четверки (годограф нахо­дится в первом квадранте комплексной плоскости). Для компен­сации комплексной связи между жилами 1 и 4 включают контур противосвязи, состоящий из конденсатора и резистора, который создает годограф противосвязн в третьем квадранте Y_п(ω). После компенсации результирующий годограф смещается к началу ко­ординат. Подбором элементов контура R и С добиваются такого размещения результирующего годографа (Y(ω)- Y_п(ω)), при ко­тором он не выходит из окружности радиусом, соответствующим нормативному значению проводимости комплексной связи (за­щищенности) между цепями.