Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные линии связи для цифровых систем передачи. Учебное пособие для СПО.pdf
Для анализа согласованного режима используют коэффициенты бегущей
волны и стоячей волны. Наиболее это актуально в беспроводных сетях связи,
где полностью устранить проблему несогласования параметров аппаратуры и
линии нельзя, т.к. существуют проблемы согласования фидерного тракта в
беспроводных сетях с антенной.
Пучности и стоячие волны
Падающая и отраженная волны напряжения находятся в противофазе, а
падающая и отраженная волны тока – в фазе. Поэтому в конце линии
наблюдается узел напряжения и пучность тока. Волны напряжения и тока,
которые не распространяются вдоль линии, называются стоячими (рисунок
2.12).
Ри
сунок 2.12 – Формирование пучностей и узлов в режиме короткого
замыкания
Р
ежим холостого хода (ХХ) отличается от режима короткого замыкания
(КЗ) тем, что ближайший узел и пучность сдвинуты от конца линии на
некоторое расстояние (рисунок 2.13).
Ри
сунок 2.13 – Формирование пучностей и узлов в режиме холостого хода
К
оэффициенты бегущей и стоячей волны определяются выражениями
(2.42) и (2.43).
21
(2.42)
L
l
p
q
B
)(182∆
=
Ln
l
p
q
с
⋅⋅= 2
18
2
1
1
1
≤
+
−
=
l
l
БВ
P
P
K
1
1
1
≥
−
+
=
l
l
СВ
P
P
K
Bc
qqq +=
,
. (2.43)
Встречный поток формируется за счет сложения потоков, отраженных от
неоднородностей. Встречный поток распространяется навстречу основному
потоку. По закону вторичных отражений формируется поток,
распространяющийся попутно с основным потоком (попутный поток).
Попутный поток влияет на видеосигнал, т.к. даже 1% от основного потока
существенно искажает изображение и может привести к потере видеосигнала.
В инженерных расчетах величина попутного потока рассчитывается по
формулам (2.44) – (2.46).
, (2.44)
где р – коэффициент отражения,
Δl – расстояние между неоднородностями,
L – длина линии,
q
– величина попутного потока за счет внутренних неоднородностей
в
(безразмерная величина).
, (2.45)
где q
– величина попутного потока за счет несоответствия волновых
c
сопротивлений различных строительных длин на стыке;
n – количество стыков.
, (2.46)
где q – результирующий поток.
2.3. Электромагнитная совместимость
В
заимовлияния в цепях связи характеризуются электромагнитной
совместимостью. Для обеспечения совместимости требуется получить
оптимальное решение, которое основывается на анализе характеристик
сторонних помех, исследовании законов индуцирования помех и степень
22
воздействия помех на качество передаваемого информационного сигнала.
kjg
U
I
К
ω
+==
1
2
12
62
λ
π
λ
≈=r
Физические цепи создают электромагнитное поле, которое может
распространяться в соответствии с определенными законами. Вводятся понятия
законов ближней зоны и дальней зоны. Границу раздела между данными
зонами можно определить по формуле (2.47).
. (2.47)
В ближней зоне электромагнитное поле явно выражено, т.е. могут быть
выделены отдельно электрическое и магнитное поля. Электромагнитное поле в
ближней зоне называется полем индукции. В дальней зоне электромагнитное
поле распространяется в виде плоской волны, у которой энергия, переносимая
от источника, равномерно распределена между электрическими и магнитными
составляющими. Электромагнитное поле в дальней зоне называется полем
излучения. Таким образом, в поле индукции электрические и магнитные поля
смещены друг относительно друга на 90 градусов, а в поле излучения энергия
от источника переносится во внешнее пространство на большие расстояния.
Распространение электромагнитной энергии в поле индукции
Переход энергии с одной цепи на другую обусловлен электромагнитным
взаимодействием между ними и может быть условно представлен в виде
суммарного действия электрического и магнитного полей.
Эквивалентная схема электрической связи между цепями представлена на
рисунке 2.14 [1,2].
Э
лектрическая связь характеризуется параметром К
Следовательно, К
Ри
сунок 2.14 – Эквивалентная схема электрических влияний
, измеряемой в См/м.
12
можно представить формулой:
12
. (2.48)
23
Магнитную связь оценивают с помощью параметра М12 с единицами
mjr
I
U
M
ω
+==
1
2
12
21
12
211
2
112
2
1
2
12
11
вввввв
zz
M
zzI
E
zIz
E
U
I
К
⋅
−=
⋅
⋅=
⋅
⋅==
в
в
в
ввв
z
M
zК
z
М
Кzzz
12
12
2
12
1221
;; −≈⋅−≈≈≈
измерения Ом/м. Эквивалентная схема магнитной связи между цепями
представлена на рисунке 2.15.
Ри
сунок 2.15 – Эквивалентная схема магнитных влияний
Сл
едовательно:
. (2.49)
Н
иже приведена взаимосвязь между параметрами К
и М12.
12
. (2.50)
Соседние цепи в идеальном случае характеризуются одинаковыми
значениями импеданса, т.е. можно записать следующее преобразование
формулы (2.51).
. (2.51)
24
Ри
,
12
1212
в
Z
M
KN +=
,
12
1212
в
Z
M
KF −=
сунок 2.16 – Зависимость активных и реактивных составляющих
взаимовлияний от частоты
Н
а рисунке 2.16 видно, что на низких частотах необходимо учитывать
емкостную составляющую влияний, а на высоких частотах требуется учитывать
емкостную и индуктивную зависимости.
В цепях связи необходимо учитывать совместное воздействие
электрического и магнитного поля. На рисунке 2.17 представлен учет
электрических и магнитных влияний совместно [1,2].
Ри
сунок 2.17 – Электромагнитные влияния в поле индукции
Ф
ормулы (2.52) и (2.53) показывают взаимосвязь электрических и
магнитных влияний на ближнем и дальнем концах линии.
(2.52)
(2.53)
25
где N12 – электромагнитное стороннее поле в поле индукции на ближнем
,
1
12
0
N
A ≡
2
1
20
10
20
10
0
lg10lglg10
в
в
Z
Z
U
U
P
P
A −==
конце линии, подверженной влиянию;
F
– электромагнитное стороннее поле в поле индукции на дальнем
12
конце линии, подверженной влиянию.
Векторные диаграммы для определения N
и F12 представлены на
12
рисунках (2.18) и (2.19) [1,2].
Ри
сунок 2.18 – Векторная диаграмма для определения N
Ри
сунок 2.19 – Векторная диаграмма для определения F
12
12
В теории связи взаимовлияния в поле индукции характеризуются
переходными затуханиями, которые характеризуют степень уменьшения токов
влияния при переходе с одной цепи на соседнюю. Для количественной оценки
влияний в поле индукции вводят понятия переходного затухания на ближнем
конце линии, т.е. на стороне источника влияющего поля, переходного
затухания на дальнем конце линии, т.е. на противоположной стороне
относительно источника влияния, и параметр защищенности цепи.
, (2.54)
26
где А0 – переходное затухание на ближнем конце линии, дБ;
,1,lg10
20100
0
0
ррАмВтР
Р
Р
р
х
−===
,
1
12
F
A
l
≡
,lg10lg
lg10lglg10
2
1
2
1
2
1
2
10
2
10
в
в
l
l
в
в
ll
l
Z
Z
l
U
U
Z
Z
U
U
P
P
A
−⋅+=
=−==
α
,
210 ll
ррА −=
Р
– мощность электромагнитной волны на выходе источника
10
влияющей линии, Вт;
Р
– мощность электромагнитной волны, наведенной от влияющей
20
линии на линию, подверженную влиянию со стороны источника, Вт;
U
– напряжение электромагнитной волны на выходе источника
10
влияющей линии, В;
U
– напряжение электромагнитной волны, наведенное влияющей
20
линии на линию, подверженную влиянию со стороны источника, В;
– импеданс влияющей линии, Ом;
Z
в1
Z
– импеданс линии, подверженной влиянию, Ом.
в1
В теории связи используются уровни в дБ, следовательно, формулу (2.54)
можно представить в виде:
(2.55)
где р
уровень мощности сигнала на выходе источника влияющей линии,
10 –
дБм;
р
уровень мощности сигнала в линии, подверженной влиянию на
20 –
стороне источника влияющей линии, дБм.
Переходное затухание на дальнем конце линии A
определяется по
l
формуле
(2.56)
где
Р
l
– мощность электромагнитной волны, наведенной от влияющей
2l
– переходное затухание на дальнем конце линии, дБ;
А
линии на линию, подверженную влиянию на противоположной стороне
относительно источника, Вт;
U
– напряжение электромагнитной волны, наведенное влияющей
2l
линией на линию, подверженную влиянию на противоположной стороне
относительно источника, В.
Переходное затухание на дальнем конце линии, подверженной влиянию,
определяется через уровни мощности по формуле (2.57).
(2.57)
27
где
,lg10
п
с
з
P
P
A =
.lg10
21l
L
з
P
P
A =
lAАZZ
lзвв
⋅−=⇒=
α
21
р2l –
уровень мощности сигнала в линии, подверженной влиянию на
противоположной стороне относительно источника влияющей линии, дБм.
Защищенность цепи определяется по формулам (2.58) и (2.59).
(2.58)
(2.59)
щищенность цепи и переходное затухание на дальнем конце связаны
За
между собой формулой (2.60).
. (2.60)
К
ак ранее было рассмотрено, взаимовлияния на ближнем конце линии в
цепях с открытым электромагнитным полем, т.е. в симметричных цепях,
характеризуются наибольшими влияниями на ближнем конце линии, т.е.
переходные затухания на ближнем конце линии меньше, чем переходные
затухания на дальнем конце линии. Причем переходные затухания являются
частотозависимыми величинами. Данная зависимость представлена на рисунке
2.20.
Ри
сунок 2.20 – Зависимость переходных затуханий симметричных пар от
частоты
К
роме учета прямого влияния на соседние цепи в симметричных цепях
необходимо учитывать влияющее поле, сформированное в результате
неоднородности цепей или несогласованной работы. В данном случае
появляется отраженный поток, который, в свою очередь, тоже оказывает
влияние на соседние цепи. Данные влияния называются косвенными, которые
можно рассчитать по формуле:
28
. (2.61)
Параметр
Взаимное влияние
Внешнее воздействие
Интенсивность
электромагнитного поля
Изменяется на
протяжении всей линии
Не изменяется
Мощность источника
Рист ≈ Рс
Изменяется в широких
пределах
0
102
2
А
l
l
еeUpU
−
−
⋅⋅⋅=
α
Коаксиальные цепи, характеризующиеся закрытым электромагнитным
полем, не подвержены непосредственным влияниям. В коаксиальных цепях
необходимо учитывать влияния через третьи цепи, которые тоже относятся к
косвенным. При протекании переменного тока по двум соседним коаксиальным
цепям на внешних поверхностях внешних проводников наводится ЭДС,
которая приводит к возникновению третей цепи, состоящей из внешних
проводников соседних цепей. Первая физическая цепь влияет на третью цепь, а
третья цепь оказывает влияние на вторую цепь. Причем электрические влияния
в данном случае равны нулю и необходимо учитывать только магнитные
влияния. Зависимость переходных затуханий для коаксиальных пар
представлена на рисунке 2.21.
Ри
сунок 2.21 – Зависимость переходных затуханий коаксиальных пар от
частоты
Н
а рисунке видно, что с ростом частоты переходные затухания
увеличиваются, т.е. влияния через третьи цепи уменьшаются, причем
переходные затухания на дальнем конце линии меньше, чем на ближнем конце
линии.
Распространение электромагнитной энергии в поле излучения
При передаче сигнала необходимо учитывать наведение сторонних помех
от высоковольтных источников. В таблице 2.1 приведен сравнительный анализ
взаимных и внешних влияний [1,2].
Таб
лица 2.1 – Сравнение основных параметров взаимных и внешних влияний
29
Продолжение таблицы 2.1
Параметр
Взаимное влияние
Внешнее воздействие
Природа влияния
Электромагнитное
Электромагнитное поле
воздействие
Тип
электромагнитного поля
Поперечное
Продольное
Расстояние,
подверженное влиянию
На протяжении всей
линии связи
Короткий участок
Защита от влияний
Необходимо
расположение проводников
Необходимо обеспечить
относительно земли
Причины ухудшения качества
цепям
Методы увеличения качества передачи при работе на
Большое затухание
Выбор диаметра проводника в диапазоне примерно 0,5-0.6
мм
Выбор высококачественного изоляционного материала с
диэлектрической проницаемостью, близкой к 1
Ограничение длины линии 100 м
Неоднороднородность и
аппаратуры
Сверхточные размеры геометрических характеристик по
Взаимовлияния между цепями
Ограничение количества пар в одном кабеле: 4 пары ли 8
Парная скрутка каждой пары с согласованными шагами
скрутки
Экранирование каждой цепи (при необходимости)
Внешние влияния на цепи связи
Общее экранирование цепей в кабеле
4. Кабель витая пара
2.
поле
обеспечить симметричное
симметрию проводников
Гальваническое
Выше были рассмотрены все эффекты и явления, которые возникают в
электрических цепях связи. Для передачи информационного сигнала с высокой
скоростью необходимо рассмотреть требования к конструкции симметричных
кабелей. Кабели с лучшими характеристиками называются кабели витая пара.
В таблицу 2.2 сведены причины, приводящие к ухудшению качества передачи
информационного сигнала и способы уменьшения влияния этих причин на
симметричные цепи [1-3].
Таблица 2.2 – Конструктивные особенности кабеля витая пара
передачи по симметричным
электромагнитной волны
несогласованность цепей и
высоких частотах
всей длине цепи
Таким образом, кабель витая пара разработан с учетом уменьшения
возвратных потерь, взаимовлияний и влияний сторонних помех.
30