Лекция 3

Основной фактор, ограничивающий полосу пропускания симметричных кабелей - это сильное взаимное влияние. Чем выше частота передачи электромагнитной волны, тем быстрее ЭМП (электромагнитное поле) меняется во времени. По закону электромагнитной индукции величина помех, наводимых в соседних проводниках, возрастает. В коаксиальной паре, в отличии от симметричной, все ЭМП сконцентрировано внутри коаксиальной пары. Внешнее ЭМП отсутствует, поэтому коаксиальные кабели, в сердечнике которых располагаются коаксиальные пары, являются более широкополосными системами передачи, чем симметричные. Взаимное влияние с ростом частоты даже уменьшается. Что ограничивает полосу передачи в коаксиальной паре? Коаксиальную пару невозможно изготовить идеальной, например, чтобы диаметр внутреннего проводника на протяжении всей длины был одинаков, или чтобы расстояние между шайбами (воздушно шайбовая изоляция)было одинаковым, короче в любой коаксиальной паре присутствуют неоднородности. Коаксиальный кабель и шайбы:

Это конструктивные неоднородности - возникают в процессе изготовления конструкции кабелей. Их размеры малы. С ростом частоты длина волны уменьшается. Если по коаксиальной паре передаем высокую частоту (широкополосный сигнал), длина волны уменьшается и становится соизмеримой с размерами неоднородностей либо с расстоянием между неоднородностями. Как только это происходит, то возникают отраженные электромагнитные волны. Нарисуем двухпроводную линию: Волновое сопротивление согласовано.

Волновое сопротивление (это комплексная величина) рассчитывается так (через первичные параметры):

Если частота равна нулю, то формула превратиться в вид:

Если же частота большая, то второе слагаемое намного больше, и первое не учитывается:

Вследствие неоднородностей, возникающих в коаксиальной паре, на этих однородностях возникает отражение ЭМВ, которые двигаются от конца к началу линии и образуют обратный поток. Попутный поток - результат вторичных переотражений обратного потока, который движется в ту же сторону, что и основная волна, но приходит к нагрузке с задержкой по времени, что приводит к различным искажениям сигнала.

Неоднородности в коаксиальной паре бывает двух видов: Описанные неоднородности - внутри одной строительной длины. Повышение качества изготавливаемых изделий убирает неоднородности. Второе - на стыке (стыковые неоднородности). Невозможно сделать две строительных длины кабеля с одинаковыми параметрами, в том числе с одинаковым волновым сопротивлением и величиной затухания. Способ уменьшения влияния стыковых неоднородностей: Все кабели делятся на 4 группы в зависимости от отклонения от номинального волнового сопротивления, например, 75 Ом ( для разных кабелей может быть разным):

Длина усилительного участка / длина регенерационного участка (аналоговый/цифровой). Усилитель усиливает все - и сигнал и помеху. В процессе передачи сигнала происходит накопление помехи. Это при передаче аналогового сигнала с помощью частотного разделения каналов. С помощью временного разделения каналов - тут передаются прямоугольные импульсы, регенератор восстанавливает импульсы, а помеха отсекается. Между собой соединяются только кабеля из одной группы (на шкале где 75 Ом), либо из соседних. На длине усилительных /регенерационных участков величину отклонения волнового сопротивления от номинала располагают на середине длины этого участка - тогда отраженные или попутные волны на величине участка успеют максимально затухнуть:

ТЕОРИЯ ВЗАИМНЫХ ВЛИЯНИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КАБЕЛЯХ Дальность связи и хорошее качество связи определяется не только величиной коэффициента затухания, а и величиной взаимных влияний. Взаимные влияния происходят за счет электрического и магнитного поля. Нарисуем две линии, состоящую из двух одинаковых проводников. Одна из них будет влияющей, другая подверженная влиянию (можно и наоборот, они взаимно влияют):

Рассматривать влияния будем раздельно (за счет магнитного и за счет электрического поля) Влияние за счет электрического поля описывается коэффициентом (К12) электрической связи. Это отношение тока во влияемой линии к напряжению, которое он создает во влияющей:

Влияние за счет магнитного поля описывается коэффициентом М12 магнитной связи. Это отношение величины напряжения помехи во влияемой линии к току во влияющей цепи:

Эквивалентная схема взаимных влияний в электрических кабелях: Сверху влияющая линия, снизу влияемая (подверженная влиянию):

g, k, r, m - первичные параметры влияния g - действительная часть коэффициента электрической связи k - емкостная связь (к емкости отношения не имеет) r - действительная часть коэффициента магнитной связи m - индуктивная связь (не индуктивность) Эти параметры удобны для линий небольшой длины. Для анализа линий значительной протяженности удобнее использовать вторичные параметры влияния. Вторичные параметры влияния для электрических кабелей вводятся по следующей схеме: Переход мощностей может происходить по стрелочкам p10 - мощность сигнала в начале влияющей линии, p1l - мощность сигнала в конце влияющей линии, p20 - мощность помехи в начале линии, подверженной влиянию, p2l - мощность помехи в конце линии, подверженной влиянию:

Вторичные параметры: А0 = 10lg(p10/p20) [дБ] - переходное затухание - чем больше, тем лучше. Аl = 10lg(p10/p2l) [дБ]- переходное затухание на дальнем конце Защищенность (Аз) - как сильно сигнал отличается от помехи в любой точке линии Защищенность на дальнем конце (Азl)