1. Поверхностный эффект. Эффект близости

С увеличением частоты тока активное сопротивление проводника растет, а индуктивность уменьшается. Это явление получило название поверхностного эффекта и объясняется особенностями распространения электромагнитной энергии вдоль проводников. В отличие от постоянного тока, плотность распределения которого одинакова по всему сечению проводника, плотность переменного тока наибольшая у поверхности проводника и убывает по направлению к его центру. Ток проводимости может существовать только в той части проводника, которая пронизывается электромагнитным полем. Поэтому при слабом поверхностном эффекте плотность тока больше у поверхности проводника и меньше в средней части его сечения (рис. 1.1а), а при сильном — ток течет только в поверхностном слое (рис. 1.1б). Неполное использование сечения проводника приводит к увеличению его сопротивления при переменном токе.

рис.1.1

Эффект близости. Если вблизи провода, находится другой провод или проводящая поверхность (земля, экран, оболочка кабеля), то в результате взаимодействия зарядов и токов в этих сближенных проводниках распределение полей меняется. Это изменение полей по сравнению с полями уединенного проводника называется эффектом близости.

В двухпроводных цепях переменное магнитное поле провода вызывает в массе соседнего провода перераспределение плотности тока по его сечению (рис. 1.2а), направления токов показаны стрелками и влияют на параметры цепи.

Рис. 1.2

Эффект близости прямо пропорционален частоте, магнитной проница­емости и диаметру проводника и, зависит от расстояния между проводниками цепи. При сближении проводников друг к другу действие эффекта близости возрастает пропорционально квадрату расстояния.

2. Волновые параметры влс и клс

При решении таких задач, как определение дальности передачи, оценка искажений сигналов и т.п. удобно пользоваться волновыми (вторичными) параметрами цепей: волновым сопротивлением

(2.1)

- чтобы цепи включать согласованно со стороны генератора.

где г-н – генератор линия, н – нагрузка

Имеет предельные значения:

1)ω=0 , то 2) ω=∞, то

На достаточно высоких частотах сопротивление становится активным. На промежуточных частотах сопротивление реактивное, вопрос согласования не решается.

Волновое сопротивление определяет собой отношение амплитуд на­пряжения к току бегущей по цепи волны, а также разность их фаз в любой точке цепи. Для уменьшения потерь энергии при передаче сигналов передатчики и приемники должны иметь сопротивления, равные волновому сопротивлению цепи. Действительная составляющая коэффициента распространения волны — километрический коэффициент затухания α показывает степень убывания амплитуды напряжения или тока бегущей по цепи волны на расстоянии 1 км

(2.2) где l — длина линии;

UH и UK — амплитуда напряжения в начале и конце цепи.

Мнимая составляющая коэффициента распространения волны километрический коэффициент фазы β — представляет собой разность фаз векторов напряжений или токов волны в точках цепи, отстоящих одна от другой на расстояние 1 км.

Коэффициент распространения волны и его зависимость от частоты характеризуют возможную дальность передачи сигнала, определяя его затухание и искажения.

Волновое сопротивление в общем случае удобно представлять в показательной форме: (2.3)

У всех типов цепей, применяемых в технике связи, угол волнового сопротивления отрицателен, а модуль его уменьшается с ростом частоты, т.е. реактивная составляющая его носит емкостной характер. Объясняется это тем, что прямой и обратный провод любой цепи расположены настолько близко друг к другу, что емкость цепи относительно велика, а индуктивность мала.

Волновое сопротивление цепей ВЛС со стальными проводами намного больше, чем у цепей с медными и биметаллическими проводами, а также сильнее зависит от частоты, так как у первых заметно большая внутренняя индуктивность, которая значительно уменьшается с ростом частоты. При прочих условиях волновое сопротивление несколько уменьшается с увеличением диаметра проводов, так как при этом растет емкость.

коэффициентом распространения волны

(2.4) α определяет потери в линии

β – фазовый коэффициент , где λ – путь, который проходит волна от одного фазового состояния до другого фазового состояния.

Коэффициент распространения волны, определяемый выражением (2.4), представляет собой комплекс километрического затухания α и километрического коэффициента фазы β.