1.1.3.Эквивалентная схема линии связи.

В любой проводной направляющей системе электромагнитная энергия переносится не зарядами, движущимися по проводам, т.е. электрическим током, а электромагнитным полем, которое распространяется в окружающем провода диэлектрике. Провода лишь являются только системой, направляющей движение волн в канале между проводами.

Направляющие системы

Двухпроводная Коаксиальная

Магнитное поле

-

+

Для любой направляющей системы (ФЛС), независимо от конструктивных особенностей можно построить следующую эквивалентную схему однородной линии .

Комплексный коэфициент затухания для такой линии.

K(jw) =(w)+(w) = (1),

где R- удельное сопротивление, [ Ом / м ];

L- удельная индуктивность, [ Гн / м ];

С - удельная ёмкость, [ Ф / м ];

G- удельная проводимость,[ м / мо ].

Коэфециенты затухания и фазы находят по формулам:

(w) = ;

(w) = .

Эти формулы обычно применяют в инженерной практике в упрощённом виде для различных диапазонов частот.

• На постоянном токе при w=0

 = ,  =0.

• На средних частотах (в тональном диапазоне) при wL<<R,wC<<G.

 = =  =.

• В диапазоне высоких частот при wL>>R,wC>>G.

Применяя к выражению (1) формулу бинома Ньютона и ограничиваясь первыми двумя членами разложения получают:

 = R/2+G/2, [нп / м],=w,

где (C/L) -потери в металле; (L/C) - потери в диэлектрике.

Любая однородная цепь характеризуется волновым сопротивлением, не зависящим от её длины.

Zв =Uпад /Iпад = -Uотр /Iотр =

где пад-падающая волна, отр-отражённая волна

при w=0,Zв = приw  ,Zв = .

При несогласованной нагрузке (Rн Zв) возникает отраженная волна.

Коэффициент отражения = (Rн -Zв) / (Rн +Zв),

где Rн - нагрузка ФЛС.

Как изменяются параметры ФЛС R,L,C,Gс изменением частоты и какими эффектами обуславливается такое изменение ?

Частотная зависимость этих параметров указана на рисунке .

Поясним какие эффекты обуславливают такие зависимости .

Активное сопротивление проводников цепей увеличивается из-за эффекта близости и поверхностного эффекта , а индуктивность вследствие этих же

причин уменьшается .

Под воздействием переменного поля в проводнике происходит перераспределение электромагнитной энергии по сечению . Поверхностный эффект (скин эффект)заключается в том , что внутреннее магнитное поле наводит в проводнике вихревые токи , направленные обратно основному внутри проводника и совпадающие с основным на его поверхности , т.е. происходит вытеснение тока на его поверхность которое тем более выражено , чем выше частота (ток как бы течет не по проводнику , а по цилиндру , стенки которого утоньшаются с ростом частоты.) .

Эффект близостизаключается в том , что при взаимодействии вихревых токов с основным током электромагнитной волны плотность результирующего тока на обращенных друг к другу поверхностях увеличивается , а на отдаленных - уменьшается , что тоже ведёт к уменьшению эффективности сечения проводников .

Окружающие металлические массы также воздействуют на параметры цепи . Магнитное поле , создаваемое током , протекающим по проводникам цепи , наводит вихревые токи в соседних жилах кабеля , окружающем экране, металлической оболочке , броне и т.д.

Вихревые токи нагревают металлические части кабеля и создают дополнительные тепловые потери энергии , как бы «отсасывают» некоторую долю энергии , передаваемую по цепи . Кроме того , поле вихревых токов воздействует на проводники цепи и изменяет их параметры .

В коаксиальных цепях, вследствие специфичности конструкции , силовые линии магнитного поля располагаются в виде концентрических окружностей внутри диэлектрика . Электрическое поле также замыкается по радиальным направлениям между внутренним и внешним проводником . Поэтому в коаксиальной цепи отсутствует внешнее электромагнитное поле и вся энергия распространяется только внутри цепи . Аналогичный эффект достигается при использовании скрученных пар , учитывая , что в этом случае длина волны передаваемых колебаний значительно превышает поперечные размеры направляющей системы D, ( >>D) .

Увеличение G - потери энергии в изоляции обусловлены несовершенством применяемых диэлектриков (G-проводимость по постоянному току) и затратами энергии на диэлектрическую поляризацию (, где- частота электромагнитной волны, С- электрическая емкость кабеля,tg-тангенс деэлектрических потерь).

2. Расчеты параметров ФЛС