лекции по НСТК Мищенко

При рассмотрении влияния между цепями связи различают два вида переходов энергии: на ближнем (передающем) и на дальнем (приемном) концах (рис. 7.5). Влияние, проявляющееся на том конце цепи, где расположен генератор первой цепи, называется переходным влиянием на ближнем (передающем) конце. Влияние на

противоположный конец цепи называется переходным влиянием на дальнем (приемном) конце.

Переходное затухание по мощности, дБ (Нп), на ближнем конце

на дальнем конце

Наряду с величинами А0 и Al в технике связи широко используется параметр А3 - защищенность от помех, или просто защищенность,

представляющая собой разность уровней полезного сигнала рс и помех рп в рассматриваемой точке:

Она может быть выражена также через мощности сигнала Рc и помех

Рп:

Введение данного параметра обусловлено тем, что для обеспечения должного качества связи необходимо, чтобы мощность полезного сигнала превосходила мощность помех на определенную величину. Сама по себе мощность сигнала не гарантирует требуемого качества. Действительно, в

малошумящей линии можно обеспечить значительно лучшее качество передачи при условии низкого приемного уровня, чем в линии с высоким уровнем помех при значительно более сильном сигнале.

На рис. 8.6 показаны схемы влияния и уровни полезного сигнала и помех в цепи II. Из рисунка видно, что при уровнях полезного сигнала рс= - 50 дБ и помех рп= - 130 дБ защищенность будет A3= - 50 - (-130) =80 дБ.

Между параметрами влияния однородных цепей - защищенностью A3, переходным затуханием на дальнем конце Al и собственным затуханием линии αl — существует соотношение

111

справедливость которого можно доказать, подставив в (8.11) соответствующие соотношения мощностей. При этом получим

выражение A3 = 10Lg(Р10 /Р20) — 101g(P10 /P1l) = 101g(P1l /P2l), аналогичное

(8.13). Действительно, как видно из рис. 8.5 и 8.6, мощность полезного сигнала Рс идентична Р1l, а мощность помехи Рп равна Р2l.

Переходное затухание может быть выражено также через токи и напряжения:

где ZB1 и ZB2 - волновые сопротивления первой (влияющей) и второй (подверженной влиянию) цепей.

Электромагнитными связями можно оперировать преимущественно при рассмотрении явлений влияния в коротких линиях длиной порядка l<λ/4. Для тональных частот, λ ≈5...25 км, а для высоких частот λ ≈0,3 ... 2 км. Следовательно, в первом случае электромагнитные связи позволяют производить измерения на линиях длиной до 1 км, а во втором - до 100 м. Основными

характеристиками оценки влияния в длинных линиях являются переходное затухание и защищенность цепей.

Электромагнитная связь, а следовательно, переходное затухание и

соответственно степень влияния между цепями обусловливаются взаимным расположением проводников влияющей и подверженной влиянию цепей, системой связи, типом скрутки (звездная, парная, двойная парная), степенью конструктивной однородности как по длине линии, так и по сечению и качеством применяемых материалов. Кроме того, мешающее влияние зависит от длины линии и частоты передаваемых сигналов. Чем выше частота передаваемого тока

идлиннее линия, тем сильнее взаимное влияние.

Взависимости от структуры влияющего электромагнитного поля и конструкции цепи, подверженной влиянию, различают систематические и случайные влияния. К систематическим (регулярным), или детерминированным, влияниям относятся взаимные помехи, законы возбуждения которых по всей длине линии известны. К случайным, или нерегулярным, влияниям относятся взаимные помехи, возникающие между

цепями вследствие множества случайных причин и поэтому не поддающиеся точной априорной оценке. Результирующие влияния между реальными цепями определяются как систематическими, так и случайными составляющими.

Таблица 8.1

112

При этом после реализации мероприятий по защите цепей от взаимных влияний удельный вес систематических составляющих обычно уменьшается и остаточные взаимные влияния имеют, как правило, случайный характер (табл. 8.1).

На рис. 8.7 показано изменение токов регулярных (I1) и нерегулярных (I2) влияний между цепями по длине кабеля. Первые пропорциональны длине кабеля: I1≡ψ(l), а вторые принято складывать по среднеквадратичному закону:

I2≡ψ(l ).

113

U1x = U1Oe−γ1x и I1x = I1Oe−γ1x = (U1O / ZB1 )e−γ1x , (8.13)

где ZBl и γ1 -соответственно волновое сопротивление и коэффициент распространения цепи I.

Определим отдельно величины влияния за счет магнитного и электрического полей на элементарном участке dx. Электродвижущая сила, индуктированная в цепи II, подверженной влиянию за счет магнитного поля,

и ток, направляющийся к дальнему концу:

Суммарный ток влияния в цепи II за счет электрического и магнитного полей на участке dx, поступающий к ближнему концу, составит

dI20 = (dI2Mx ) ×e−γ 2 x = -0,5I10 (K12 ZB1 + M12 / ZB2 )e−(γ1 +γ 2 ) xdx , (8.19)

Суммарный ток электрического и магнитного влияний, поступающий на дальний конец цепи II,

dI2l = (dI2Kx + dI2Mx )e-γ 2 (l-x) = 0,5I10 (K12ZB1 − M12 / ZB2 )e-(γ1 +γ 2 )xe-γ 2 ×l dx , (8.20)

Полный ток влияния на линии длиной l на ближнем конце

115

а на дальнем конце

Следует иметь в виду, что в общем виде K12 и М12 не являются постоянными по длине линии и зависят от х. Однако можно принять значения К12 и М12 постоянными в том виде, как они нормируются в

Учитывая, что переходное затухание между цепями на ближнем и

дальнем концах определяется уравнениями

При равенстве электрических характеристик цепей (γ1 = γ2 = γ3 и ZB1=ZB2 = ZB) уравнения (7.26) примут вид

116

При выводе формулы для Al имелось в виду, что при (γ1 - γ2)→0 величина

(γ1 - γ2)/[1 – e - (γ1 - γ2) ] →1/l

Защищенность связана с переходным затуханием на дальнем конце формулой A3 = Al -α × l ,следовательно,

Для коротких линий (2 γ l < 4,3 дБ), имея в виду, что 1— е - γl при γl→0 с малой степенью погрешности равно γl, получаем

Указанные уравнения справедливы для расчета переходного затухания между цепями воздушных линий связи.

В воздушных линиях известны фазовый коэффициент цепи и закон его изменения вдоль линии. Кабельные линии состоят из строительных длин со скрученными цепями, при этом неизвестна фаза сложения влияний с отдельных длин кабеля. Поэтому при расчете влияния и переходного

затухания в кабельных линиях принимается геометрический закон сложения влияний с отдельных строительных длин кабеля:

117

Соответственно для кабельной линии полный ток влияния на ближнем конце

Для кабельных линий наиболее удобно формулы расчета переходного затухания выразить через строительные длины кабеля:

118

где s – cтроительная длина кабеля, км; п — число строительных длин; N12 и F12 — электромагнитные связи строительной длины кабеля.

Для одной строительного длины кабеля

Для длинных кабельных линий ( 4×α × s >13дБ)

Соотношения между электрическими и магнитными связями, их

активными и реактивными составляющими могут быть различными в зависимости от типа цепей, диапазона передаваемых частот и ряда других факторов. В воздушных ЛС, где провода расположены сравнительно далеко друг от друга и нет изоляционных оболочек, активные составляющие связей (r и g) не учитываются и влияние определяется лишь реактивными связями;

119

K12 = iω ×k и M12 = iω ×m .

а) б)

Рис. 8.9. К расчету электромагнитных связей (а) и процентное соотношение связей внутри четверки в кабелях (б).

Значения k, Ф/км, и т, Гн/км, воздушных ЛС зависят в основном от взаимного расположения проводов (рис. 8.9, а) и могут быть рассчитаны следующим образом:

m = 200ln[a13a24 / a14a23 ]×10

где а — расстояние между проводами цепи; r — радиус провода; a13,a24 ,a14 ,a23 — расстояния между соответствующими проводами.

Электрические и магнитные связи связаны соотношением m/k = ZB2. Для медных цепей воздушных линий ZB ≈ 550 Ом, поэтому m/k ≈ 300000 Гн/Ф.

В кабельных цепях необходимо учитывать все четыре первичных параметра влияния, причем в зависимости от частоты соотношение и удельная значимость их меняются.

На рис. 8.9, б приведена частотная зависимость процентного соотношения различных видов связей внутри четверки. Из графика следует, что:

в области низких частот (тональный спектр) доминируют емкостные

связи ω × kZB , другие составляющие связей в этом диапазоне можно не учитывать;

с возрастанием частоты увеличивается удельная значимость магнитного влияния, и уже начиная примерно с 35 кГц индуктивные связи становятся равными емкостным (ω × kZB = ω × m / ZB );

120