книги из ГПНТБ / Смирнов Б.В. Основы электроники и техники связи учебник

На рисунке 152 показано изменение постоянной затухания воз­ душных и кабельных линий при звуковых частотах. На рисунке 153 — изменение вторичных параметров воздушных линий связи при высоких частотах.

Бегущие, падающие и отраженные волны. Если в начале бес­ конечно длинной линии подключить генератор электромагнитных колебаний, то под влиянием этого генератора в проводах линии по­ явится ток, а между проводами — напряжение. На рисунке 154 изображены мгновенные значения напряжения вдоль рассматри­ ваемой линии через Vs часть периода колебаний генератора. Когда первый гребень Ui_j переместится вдоль линии на длину волны, соответствующую одному периоду колебания Т, в начале линии по­ явится второй гребень Uо-i, еще через один период Т — третий гре­ бень U3- 1 н т. д. В линии образуются бегущие волны.

Очевидно, если в конце линии конечной длины подключить соп­ ротивление нагрузки Z„, равное по величине и углу волновому соп­ ротивлению линии Zc, то условия для бегущих волн не изменятся,

226

(рис. 156).

По мере увеличения длины линии I колебания входного сопро­ тивления Zвх уменьшаются, а угол ф становится то отрицательным, то положительным.

Резонансные явления в двухпроводной линии наглядно прояв­ ляются в свойствах входного сопротивления.

На значение входного сопротивления линии существенное влия­ ние оказывает соотношение ее длины и длины волны передаваемых колебаний X. Проследим, например, за изменением модуля и угла входного сопротивления линии с проводами из цветного металла для частоты 40 кГц при изменении длины линии от 1— 0 до /= = 20 км. По мере увеличения длины линии ее входное сопротивле­ ние уменьшается, а угол ср остается все время отрицательным

228

(рис. 156).. В этом случае линия эквивалентна некоторой емкости.

к

Когда I— — , входное сопротивление линии приобретает макси­

мальное значение и становится активным (ср = 0). В линии как бы наступает параллельный резонанс. При дальнейшем увеличении длины линии явления повторяются.

Таким образом, входное сопротивление линии может быть ми­ нимальным и активным, если длина ее кратна нечетному числу четвертей волны:

229

жим стоячих волн в линии постоянной длины, определяется фор­ мулой

где v — скорость распространения электромагнитной энергии. Вдоль линии укладывается целое число полуволн, если

где п = 1, 2, 3, 4, 5 и т. д.

В этом случае

£ У 1/- 21

Большому сопротивлению нагрузки соответствует большое вход­ ное сопротивление.

5. Помехи в линиях связи

Источники помех. В воздушных линиях связи мешающие коле­ бания или помехи могут возникать вследствие электромагнитного влияния друг на друга соседних телефонных и телеграфных цепей, из-за наведения мешающих напряжений и токов от близко рас­ положенных силовых пли осветительных электрических линий п от воздействия электромагнитных волн, распространяющихся в окру­ жающем линию пространстве.

Взаимное влияние соседних цепей. Когда несколько цепей теле­ фонной или телеграфной связи расположены на общих опорах, то при передаче сигналов по одной цепи ее электромагнитное поле будет возбуждать мешающие напряжения и токи во всех соседних цепях. Действие этих напряжений и токов может проявляться раз­ личным образом. _

Если в цепь, подверженную влиянию, поступает достаточно ши­ рокий спектр частот от мешающей телефонной цепи, помехи про­ являются в виде внятного разговора. В тех случаях, когда отдель­ ные участки указанного спектра подавляются между цепями, по­ мехи проявляются в виде невнятного разговора.

Мешающий эффект от телеграфных цепей в телефонных аппа­ ратах прослушивается в виде щелчков, соответствующих телеграф­

ным посылкам.

Для уменьшения электромагнитного влияния между соседни­ ми парами проводов применяют транспозицию (скрещивание) про­

водов.

Мешающее влияние силовых линий. Электромагнитные поля ли­ ний сильного тока (силовые или осветительные линии низкого на­ пряжения, высоковольтные распределительные и питательные ли­ нии, контактные сети электрифицированного транспорта и т. д.)

230

могут наводить в л и н и я х с вя зи мешающие напряжения и токи. Значение последних зависит в первую очередь от расстояния меж­ ду линиями сильного и слабого токов и их взаимного расположе­ ния. С увеличением указанного расстояния мешающее влияние уменьшается. Минимальным это влияние оказывается в том слу­ чае, если электрическая линия и линия связи расположены взаим­ но перпендикулярно.

Существенное значение имеет также симметрия (уравновешен­ ность) электромагнитных полей влияющих линий и линий, подвер­ женных влиянию. Так, например, вследствие симметрии двухпро­ водной линии токи, наводимые в ее проводах, имеют одинаковое направление. Поэтому в сопротивлении нагрузки, подключаемом на конце двухпроводной линии, эти токи, складываясь, теоретически дают нуль, а практически обеспечивают малое значение мешающе­ го тока.

Другой пример. При нормальном состоянии трехфазной линии высокого напряжения ее мешающее влияние значительно меньше по сравнению с аварийным ее состоянием (хотя бы при коротком замыкании между фазами), когда симметрия электромагнитного поля высоковольтной линии нарушается.

Мешающее влияние от электрических линий в линиях связи проявляется главным образом в диапазоне тональных частот (от 50 Гц до 8— 10 кГц). Как показали работы ВИЭСХа, в режиме хо­ лостого хода линии высокого напряжения эти частоты определяют­ ся высшими гармоническими тока промышленной частоты и прояв­ ляют себя наиболее заметно в диапазоне до 1—2 кГц. При нагруз­ ке линии мешающие колебания определяются комбинационными частотами и проявляются в диапазоне от 1—2 до 8— 10 кГц. Появ­ ление напряжений и токов с комбинационными частотами обус­ ловливается нелинейными свойствами различных элементов высо­

ковольтных линий.

Влияние электромагнитных волн. Мешающие напряжения и то­ ки могут наводиться электромагнитными волнами, которые всегда есть в окружающем пространстве. Эти волны появляются вслед­ ствие грозовых явлений в атмосфере, работы сварочных, электромедпцинских или коммутационных аппаратов, различных радио­ станций и т. п., вызывая в телефонных аппаратах, подключенных к воздушным линиям связи, щелчки, треск, гудение, обрывки ра­ диопередач н т. д. Помехи в виде шорохов возникают также при появлении в пространстве, окружающем линию, большого количе­ ства снежинок или песчинок. Последние вызывают изменение электромагнитного поля вокруг линии, что и приводит к появле­ нию шорохов.

Уровень помех. В нормальных условиях, когда воздушная ли­ ния связи правильно запроектирована и эксплуатируется в соот­ ветствии с действующими правилами, возникающий в ней уровень помех в тональном диапазоне (на частоте 800— 1000 Гц) составля­ ет минус 6—8 Нп.

231

Помехи в кабельных линиях. Для сооружения кабельных линий связи используется кабель в металлической или неметаллической оболочке.

Металлическая оболочка надежно экранирует жилы кабеля от внешних электромагнитных полей. В таких кабелях помехи возни­ кают вследствие взаимного влияния между парами-цепями и в уси­ лительной аппаратуре (в виде шумов ламп, появления новых частот при нелинейных преобразованиях тока 50 или 100 Гц, при неис­ правности выпрямительных устройств и т. п.).

Благодаря специальной конструкции кабеля (соответствующее расположение пар, выбор шага скрутки и т. п.) влияние между его парами-цепями удается свести к минимуму, так что уровень по­

оболочкой в этом отношении значительно хуже рассмотренного ка­ беля. Правда, при прокладке в земле такая оболочка образует своеобразный, хотя и не совсем надежный, экран. «Ненадежность» обусловливается тем, что в земле возникают различного рода блуждающие токи, создающие помехи.

Уровень помех в линиях из кабеля с неметаллической оболоч­ кой является средним между уровнем помех в кабелях с металли­ ческой оболочкой и в воздушных линиях связи.

6. Оценка качества связи по проводам

Сущность расчета связи по воздушным н кабельным линиям со­ стоит в определении потерь, то есть затухания токов тональной частоты между микрофоном и телефоном и в оценке возможных ис­ кажений передачи.

Микрофон как передатчик при разговоре развивает мощность около М О -3 Вт. Чувствительность телефона, то есть мощность, под­ веденная к его зажимам, при которой обеспечивается нормальная работа, составляет около М О -6 Вт. Следовательно, затухание пе­

Если мощность, подводимая к телефону, будет другой, то соот­ ветственно будет меняться и слышимость (табл. 9).

В настоящее время в качестве нормального допустимого зату­ хания принимается величина 6 = 3,3 Нп. Эта норма относится к ча­ стоте 800 Гц, для которой и рассчитывается затухание телефонной

передачи.

Необходимо иметь в виду, что, пользуясь этой нормой, нужно руководствоваться следующими соображениями:

232

Т а б л и ц а 9

Слышимость в зависимости от мощности, подведенной к телефонному аппарату

1) если проектируемая цепь связи не должна иметь выхода ни на какие коммутаторы внутрирайонной связи (полное отсутствие внешней связи), то затухание 6= 3,3 Нп допускается между теле­ фонными-аппаратами данной цепи;

2) если абоненты проектируемой цепи должны иметь внешнюю связь, то есть подключаться к коммутаторам внешней связи, то допустимое затухание не может быть равным 3,3 Нп. Эта величина распределяется по элементам телефонной сети от абонента до меж­ дугородной телефонной станции районного узла.

7.Методика расчета уровня уверенного приема при связи по двухпроводным линиям

Первый случай — внешняя связь не предусматривается. Зату­ хание между двумя телефонными аппаратами слагается из зату­ хания в линии и коммутаторе местной связи. Наибольшая длина цепей между телефонными аппаратами двух абонентов

п— количество коммутаторов местной связи, которые могут включаться в цепь.

Второй случай — предусматривается внешняя связь. Допускае­ мое затухание от абонента до телефонной станции определяется построением внутрирайонной сети. Различают одноступенчатое, двухступенчатое и трехступенчатое построение.

В большинстве районов принята одноступенчатая (радиальная) схема построения сети. По этой схеме в центре района размещает­ ся центральная телефонная станция, а на территории района ор­ ганизуется несколько телефонных подстанций внутрирайонной свя­ зи. Абонентские цепи включаются в коммутаторы или АТС бли­ жайшей подстанции (рис. 157, а, б) непосредственно, а соедини­ тельные линии подстанции — в центральную телефонную станцию.

233

Рис. 157. Распределение допускаемого затухания по элементам телефонной цепи в зависимости от схемы построения сетей сельской (внутрирайонной) связи:

Г —телефонный аппарат у абонента; ЛТи ЛТ2 и ЛГ3 —линейные трансформаторы.

Центральная телефонная станция внутрирайонной связи (ЦТС ВРС), как правило, располагается в одном помещении с городской телефонной станцией (ГТС) и междугородной телефонной стан­ цией районного узла (МТС РУ).

При одноступенчатой схеме построения соединение абонента внутрирайонной связи с абонентом районного центра и соединение двух абонентов Т осуществляются не более чем через три телефон­ ные станции: подстанция — ЦТС — подстанция (рис. 157, а, б).

Если подстанции внутрирайонной связи расположены по две на одной линии, вторая подстанция может подключаться к ЦТС толь­ ко через первую подстанцию. Такое построение сети называется двухступенчатым (рис. 157, в). Если абонент подключается к ЦТС через три подстанции внутрирайонной связи, то построение сети на­ зывается трехступенчатым (рис. 157,г).

Согласно действующим нормам Министерства связи СССР, за­ тухание при частоте 800 Гц на участке от абонента Т до междуго­ родной телефонной станции МТС районного узла должно быть Ь ^ 1 Нп. Распределение этого затухания по отдельным элементам

234

цепи показано на рисунке 157,о. Если есть только абонентский те­ лефонный аппарат, то величина 6 представляет собой затухание от этого аппарата до коммутатора внутрирайонной подстанции. Если же имеется коммутатор местной связи, то величина 6 будет пред­ ставлять собой затухание от телефонного аппарата местного або­ нента Т до коммутатора подстанции внутрирайонной связи, вклю­ чая затухание в коммутаторе местной связи.

В некоторых случаях, например для районов с большой терри­ торией, по разрешению областных управлений Министерства связи

лишь разницей, что вместо 6 = 3,3 Нп подставляют соответственно

6 = 1 Нп или 6 = 1 ,6 Нп.

Проверка цепи на искажения. При передаче электрических ко­ лебаний по проводам происходят амплитудные, нелинейные и фа­ зовые искажения. В воздушных линиях обычно считаются только с амплитудными искажениями.

Наличие амплитудных искажений ограничивает дальность связи величиной

0,6

^m;.V

а П 0 0 а 5 0 0

где апоо и «5оо постоянная затухания линии для частот 1100 и 500 Гц.

Пример расчета уровня уверенного приема. Требуется осуществить телефон­ ную связь между пунктами А, Б, В по воздушной линии со стальными прово­ дами диаметром d = 5 мм и с расстоянием между проводами 30 см. В пункте Б

-10~3 Нп/км (берется из справочников). Тогда затухание между пунктами Л и В

1.Для чего служат и как работают микрофон и телефон?

2.Объясните назначение телефонного трансформатора.

3.Чем отличается система МБ от системы ЦБ?

4- Что достигается при включении разговорных приборов по противоместной схеме? Какие протнвоместные схемы существуют и как они действуют?

5. Что понимается под первичными и вторичными параметрами двухпроводной и однопроводной липни?

235