Тема 15. Вплив у симетричних ланцюгах повітряних і кабельних ліній зв'язку.

1.ПЕРЕХІДНЕ ЗАГАСАННЯ МІЖ СИМЕТРИЧНИМИ ЛАНЦЮГАМИ.

2. ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ЗВ'ЯЗКИ І ЇХ ЧАСТОТНА ЗАЛЕЖНІСТЬ

1.ПЕРЕХІДНЕ ЗАГАСАННЯ МІЖ СИМЕТРИЧНИМИ ЛАНЦЮГАМИУ симетричних ланцюгах перехідний вплив обумовлений електричними і магнітними зв'язками між ланцюгами, що виражаються параметром Zем. Причому цей параметр різний для

ближнього і далекого кінців лінії.

Рис.15.1. Еквівалентна схема електричної (К₁₂) і магнітної {М₁₂) зв'язків між ланцюгами.

Як видно з мал. 15.7, струми перешкод у другому ланцюзі на ближньому кінці за рахунок електричних (К₁₂) і магнітних (М₁₂) зв'язків складаються, а на далекому - віднімаються. Тоді результуючі електромагнітні зв'язки для ближнього N₁₂ і дальнього F₁₂ кінців лінії будуть:

N₁₂=K₁₂Zв +=(g+jωk)Zв+

F₁₂=K₁₂Zв -=(g+jωk)Zв -

де g - активна електрична складова; k - ємнісний; r - активна магнітна складова; m - индуктивний зв'язок.

Ці формули характерні для симетричних кабелів.

На повітряних лініях проводи розташовані на великій відстані один від одного і тому мало позначається асиметрія втрат на вихрові струми r = 0, крім того, відсутня ізоляція проводів і невелика асиметрія втрат у діелектрику g=0 Тоді формули розрахунку електромагнітних зв'язків приймуть вигляд:

N₁₂=jω(kZв+)

F₁₂=jω(kZв-)

Відповідно формули перехідного загасання, дБ, приймуть вигляд:

A₀ =20lg

A_l =20lg+аl

A_a =20lg

Маючи на увазі, що в області високих частот струми перешкод електричного і магнітного характеру приблизно рівні, одержимо, що на ближньому кінці результуючий вплив подвоюється, а на дальньому електричні і магнітні зв'язки компенсуються і вплив зменшується. Тому, як правило, перешкоди на ближньому кінці більші чим на дальшому (N₁₂>F₁₂) і відповідно перехідне згасання на ближньому кінці менше ніж на дальньому (Aо<A_l).

Зазначені рівняння справедливі для розрахунку перехідного загасання між ланцюгами повітряних ліній зв'язку. У повітряних лініях відомий фазовий коефіцієнт ланцюга і закон його зміни уздовж лінії. Кабельні лінії складаються з будівельних довжин зі скрученими ланцюгами, при цьому невідома фаза додавання впливів з окремих довжин кабелю. Тому при розрахунку впливу і перехідного загасання в кабельних лініях приймається геометричний закон додавання впливів з окремих будівельних довжин кабелю:

I=

Тоді формули перехідного загасання для симетричних кабельних ланцюгів приймуть вигляд:

A₀ =20lg

A_l =20lg+аl

Відповідно захищеність Аз=A_l-а1 виразиться як

A₃ =20lg

Для кабельних ліній найбільш зручніше формули розрахунку перехідного загасання виразити через будівельні довжини кабелю (А^бд₀, А^бд_l, А^бд₃):

А₀ =А^бд₀ +20lg

А_l =А^бд_l - 20lg+α(n-1)s

де А^бд₀=20lg

А^бд_l=20lg+аs

А^бд₃=20lg

s - будівельна довжина кабеля, км; n - число будівельних довжин, N_{12 ,} F₁₂ електромагнітні звя’зки будівельної довжини кабелю.

2. ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ЗВ'ЯЗКИ І ЇХ ЧАСТОТНА ЗАЛЕЖНІСТЬ

Розглянемо природу і характер дії електричних (К₁₂=g+jωk) і магнітних (М₁₂=r+jωm) зв'язків між ланцюгами.

Ємнісний зв'язок k є результатом асиметрії часткових емностей між жилами, впливаючої і підданої впливу ланцюгів.

На мал. 15.2, а показано жили 1-2 впливаючих ланцюгів, I і жили 3-4 ланцюгів II, підданих впливу. Часткові ємності між жилами С₁₃, С₁₄, С₂₃, С₂₄ утворять так названий міст. Якщо міст симетричний і знаходиться в урівноваженому стані, то переходу енергії (заважаючого впливу) з ланцюга I у ланцюг II не буде. Умовою симетрії моста є рівність Q₃-Q₄=0 чи (C₁₃+C₂₄) - (C₁₄+C₂₃)=0

Між ланцюгами не буде впливу, якщо суми протилежних ємностей будуть рівні між собою: С₁₃+С₂₄ = С₁₄+С₂₃.

Рис.15.2. Міст зв'язку а) електричний; б)магнітний.

Існуюча в дійсних умовах ємнісна асиметрія (неврівноваженість) моста, що є причиною виникнення заважаючих впливів між ланцюгами зв'язку, називається ємнісним зв'язком:

k=(C₁₃+C₂₄) - (C₁₄+C₂₃).

Індуктивний зв'язок m за аналогією може бути представлений мостом часткових індуктивностей, що мають трансформаторний зв'язок (мал. 15.2.6). Тут приходиться мати справу не з електричними зарядами, а з магнітними потоками. Умовою симетрії моста є вираз: (m₁₄+m₂₃) - (m₁₃+m₂₄)=0.

Коефіцієнт індуктивностей зв'язку характеризує асиметрію моста і відповідно ступінь переходу энергії (заважаючого впливу) з ланцюга I в ланцюг II:

m=(m₁₄+m₂₃) - (m₁₃+m₂₄).

Активна складова електричного зв'язку g обумовлена асиметрією втрат енергії в діелектрику. У цьому випадку плечі моста являють собою еквівалентні втрати енергії в діелектрику, що оточує кабельні жили g₁₃, g₁₄, g₂₃, g₂₄.

Якщо по жилах кабелю протікає перемінний струм, то діелектрик вносить утрати, пропорційні провідності ізоляції G=ωСtgδ. Якщо діелектрик неоднорідний по своїх електричних властивостях чи товщина ізоляції жил різна, тому що кабель деформований у різних місцях і т.д., то часткові втрати в діелектрику g₁₃, g₁₄, g₂₃, g₂₄ будуть неоднаковими. Це порушує симетрію моста і створює умови для взаємного переходу енергії між ланцюгами.

Активна складова електричного зв'язку виражається рівнянням

g=(g₁₃+g₂₄) - (g₁₄+g₂₃).

Активна складова магнітного зв'язку r чи так названий активний зв'язок обумовлений вихровими струмами. При проходженні перемінного струму по ланцюгу кабелю в сусідніх жилах за рахунок перемінного магнітного поля наводяться вихрові струми, що викликають додаткові втрати енергії в ланцюзі передачі. Аналогічні втрати мають місце в екрані, свинцевій оболонці й інших металевих частинах кабелю.

Несиметричність розташування жил одного ланцюга відносно жил іншого і металевих оболонок кабелю, а також застосування жил різних діаметрів і електричних властивостей приводять до асиметрії втрат на вихрові струми, що виявляється у вигляді розбалансування моста зв'язків r₁₃, r₁₄, r₂₃, r₂₇. В результаті створюється асиметрія активних втрат енергії, що характеризуються зв'язком:

r=(r₁₄+r₂₃) - (r₁₃+r₂₄).

Величина активного зв'язку тим більше, чим більше розрізняються жили по активному опору і втратам енергії на вихрові струми в сусідньому ланцюзі, екрані, свинці та інших металевих частинах кабелю.

Активна складова електричного зв'язку обумовлюється асиметрією втрат у металі.

Співвідношення між електричними і магнітними зв'язками, їх активними і реактивними складовими можуть бути різні в залежності від типу зв'язків, діапазону переданих частот і ряду інших факторів.

У повітряних лініях зв'язку, де проводи розташовані порівняно далеко один від одного і немає ізоляційних оболонок, активні складові зв'язків (g і r) не враховуються і вплив визначається лише реактивними зв'язками: К₁₂=g+jωk і М₁₂=r+jωm.

Значення k, Ф/км, і m, Гн/км, повітряних ліній зв'язку залежать в основному від взаємного розташування проводів (мал.15.3) і можуть бути розраховані в такий спосіб:

k= 13900;

m= 200.

де а - відстань між проводами ланцюга; r - радіус проводу; a₁₃, a₂₄, a₂₃, a₁₄ - відстань між відповідними проводами.

Рис.15.3. До розрахунку електромагнітних зв'язків.

Рис.15.4. Процентне співвідношення зв'язків всередині четвірки в кабелях.

Електричні і магнітні зв'язки зв'язані співвідношенням . Для мідних ланцюгів повітряних линійZв ≈ 550 Ом, тому ≈300 000 Гн/Ф.

У кабельних ланцюгах необхідно враховувати всі чотири первині параметри впливу, причому в залежності від частоти співвідношення й питома значимість їх змінюються.

На мал. 15.4 приведена частотна залежність процентного співвідношення різних видів зв'язків всередині четвірки. З графіка випливає, що

- в області низьких частот (тональний спектр) домінують ємнісні зв'язки ωkZв, інші складові в цьому діапазоні можна не враховувати;

- з зростанням частоти збільшується питома значимість магнітного впливу і, уже починаючи десь 35 кГц, індуктивні зв'язки дорівнюють ємністним (ωkZв≈ωт/Zв);

- активні зв'язки gZв і , практично рівні нулю на низьких частотах і при постійному струмі, в області високих частот істотно ростуть. В середньому співвідношення активних і реактивних складрвих зв'язку дорівнює≈10-15 %;≈ 20-40%;

- між індуктивними і ємнісними зв'язками в кабелях є співвідношення =Z²в.

Для кабелю з зоряною скруткою Zв=165-170 Ом, тобто =25 000-30000 Гн/Ф. Тому якщо відома величинаk (яка звичайно нормується в технічних умовах на кабелі зв'язку), то легко визначити і величину m. Так, якщо k=15 пФ на будівельну довжину кабелю, то m=kZ²в= =15 х 10^-12 х 170²=435 нГн.

При високочастотній передачі по кабелях необхідно рахуватися з усіма складовими зв'язків. В області низьких частот досить враховувати лише ємнісний зв'язок. На мал. 15.5 приведений найбільш характерний варіант співвідношення електричних і магнітних зв'язків між ланцюгами повітряних і кабельних ліній зв'язку.

В усіх випадках електромагнітний зв'язок на ближньому кінці N₁₂ більше, ніж на дальньому F₁₂. У повітряних ліній у зв'язку з відсутністю активних складових зв'язків кут у вектора N₁₂ дорівнює 0, а в F₁₂=180⁰. В кабельних лініях кути електромагнітних зв'язків різні, причому, як правило, кут у вектора F₁₂ більший, ніж у N_12.

Розглянемо частотну характеристику векторів електромагнітного зв'язку. Таку характеристику називають годографом.

Рис.15.5. Вектори N₁₂ і F₁₂ між ланцюгами зв'язку: а) повітряного; б) кабельного.

б)

Рис.15.6. Годографи електромагнітних зв'язків: а)на ближньому; б)на дальньому.

Годографи електромагнітного зв'язку на ближньому і далекому кінцях приведені на мал. 15.6, а і б. Як видно з графіків, електромагнітний зв'язок на ближньому кінці змінюється за законом спіральної лінії, а на далекому кінці - майже по лінійному закону. Однак у реальних умовах коефіцієнти загасання ланцюгів звичайно однакові (а₁=а₂=а), коефіцієнти фази відрізняються (β₁≠β₂) через різні кроки скрутки, крім того, позначається вплив сусідніх ланцюгів. Тоді для дальшого кінця одержимо різні значення електромагнітних зв'язків при зміні місцями взаємовпливаючих ланцюгів. Це явище називається ефектом перестановки.