Лекция № 5 Lecture # 5

3.5. Зависимость переходного затухания от частоты и длины

ЛИНИИ

3.5. Dependence of transient attenuation from frequency and line length

а28

Уравнения (3.32), (3.33) и (3.34) для расчёта влияния на воздушных и кабельных линиях связи идентичны, только в случае воздушных линий фигурируют параметры и l, а для кабельных - и . Такое отличие обусловлено тем, что для суммирования влияния в кабелях использовался среднеквадратичный закон сложения помех с отдельных строительных длин и брались абсолютные значения токов помех без учёта фазовых соотношений, а для воздушных линий суммировались.

В воздушных линиях связи и симметричных кабелях с увеличением частоты тока возрастает взаимное влияние между цепями и, соответственно, уменьшаются переходные затухания А_l , A₀ и защищённость А_З (см. рис. 3.9).

Переходное затухание уменьшается по закону или . Действительно, с ростом частоты увеличиваются значения электрической и магнитной связей ( и ), поскольку реактивные составляющие их находятся в прямой зависимости от частоты.

Сущность этого явления заключается в том, что электрические и магнитные поля, образующиеся вокруг влияющей цепи, изменяются с увеличением частоты, поэтому помеха индуцируется более интенсивно в цепи, подверженной влиянию.

Equations (3.32), (3.33) и (3.34) for the calculation of influences on air and cable communication lines are identical, only in the case of the air lines appear parameters and l, and for cable lines are and root of l ( ). This difference is stipulated by the fact that for summation of cables influences used the root-mean-square law for noise addition from the individual build lengths and took the absolute values of noise currents without the accounting of phase correlations, and for air lines summed noises with the accounting of phase relations.

Рис. 3.9. Частотная зависимость переходных затуханий

Fig. 3.9 – Frequency dependences of the transient attenuations.

In the air communication lines and symmetrical cables with increasing of current frequency increases the interaction influence between the circuits and, accordingly, decreased the transient attenuations А_l , A₀ and protectability А_З ( look at Figure 3.13).

The transient attenuation is decreased by law or . It’s really with the increase of frequency increases the value of electric and magnetic coupling ( and ), because of their reactive components are directly dependent on the frequency.

Essence of this phenomenon consists in that the electric and magnetic fields appearing round an influencing circuit change with the increase of frequency, therefore the noise is induced more intensively in the respondent circuit.

а29

Переходное затухание на дальнем конце A_l больше, чем на ближнем A₀, так как на ближнем конце суммируются электрические (N₁₂)и магнитные связи (F₁₂), а на дальнем – вычитаются. Характер зависимости переходных затуханий A_l, A₀ и защищённости А_З от длины линии показан на рис. 3.10.

Р ис. 3.10. Зависимость переходных затуханий A_l, A₀ и защищённости А_З от длины линии l

Fig. 3.10 - Dependence of the transient attenuations A_l, A₀ and protectability А_З from length of line.

l, km

Переходное затухание на ближнем конце A₀ с увеличением длины линии l вначале уменьшается, а затем стабилизируется. Это объясняется тем, что, начиная с определённой длины участка, токи помех с отдалённых участков приходят на ближний конец настолько слабыми, что практически не увеличивают взаимного влияния между цепями и величина A₀ практически остаётся постоянной (см. рис. 3.11 а).

The transient attenuation on the far end A_l is more than on the near end A₀, since the electric(N₁₂) and magnetic (F₁₂) connections on a near end are added up, and on the far end are subtracted. Rate of dependence of the transient attenuations A_l, A₀ and protectability А_З from length of line is shown on a Fig. 3.10.

The transient attenuation on the near end A₀ with the increase of the line length l is decreases at the beginning, and then stabilize. It is explained by that, since the certain length of line, the nose currents from remote subcircuit come on the near end of the second circuit so weak, that practically does not increase a interaction between circuits and the value of А₀ remains constant (look at Fig. 3.11 а).

Рис. 3.11. Cложение токов влияния с различных участков линии:

а) на ближнем конце, б) на дальнем конце.

Fig. 3.11 – The addition of the influence currents from the different subcircuit of line:

а) on the near end; б) on the far end.

a30

Защищённость А_З для воздушных линий уменьшается по закону с увеличением длины линии, а для кабельных линий уменьшается по закону .Физически это объясняется увеличением взаимного влияния между цепями с увеличением длины линии. Характер сложения токов взаимных влияний на дальнем конце показан на рис. 3.11.б. Из рисунка видно, что все участки вносят одинаковые величины помех (I₁ = I₂ = I₃ = I₄).

Переходное затухание на дальнем конце A_l (см. рис. 3.10) изменяется по линейному закону , начиная с определённой длины (на рисунке l  10 км). До этой длины собственное затухание цепи ^.l меньше величины А_з, но с ростом l резко увеличивается и зависимость A_l = A_l(l) становится линейной.

Из рисунка 3.11 б следует, что с увеличением длины линии увеличивается число участков влияния на дальний конец. Однако токи помех уменьшаются, так как удлиняется путь прохождения этих токов к дальнему концу и возрастает собственное затухание цепи ^.l.

The protectability А_З for air lines decreases by law with the increase of length and for cable lines decreases by law . Physically it is explained by increase of the interaction between circuits with increases length of coupling line. The addition of interaction currents on the far end is shown on the Fig. 3.11 б. From the figure evidently, that all subcircuits create the equal value of noses (I₁ = I₂ = I₃ = I₄).

The transient attenuation on the far end A_l (look at Fig. 3.11) changes by linear law from certain value (on the figure l  10 km). Before this length natural attenuation of circuits ^.l less then the value А_з, but with growing value l increases sharply and dependence A_l = A_l(l) becomes as linear.

From Fig. 3.11 b follows that with increase the length of lines increases the numbers of subcircuit which influence to the far end. However, nose currents decrease, since the way of the passing these current to far end increases and increases attenuation of circuits ^.l.

Лекция № 6

Lecture # 6

3.6. Косвенные влияния между цепями

3.6 THE INDIRECT INFLUENCES BETWEEN CIRCUITS

а31

В предыдущих разделах процесс влияния рассматривался при наличии двух однородных цепей с согласованными нагрузками. В действительных условиях наряду с непосредственным влиянием между двумя цепями действуют косвенные влияния.

Косвенные влияния возникают за счёт отражений при несогласованных нагрузках, конструктивных неоднородностях цепей по длине, а также наличия соседних, третьих цепей. Косвенные влияния, суммирующиеся с непосредственными влияниями, снижают помехозащищённость цепей.

Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что косвенные влияния особенно складываются на дальнем конце линии в области высоких частот, а в ряде случаев, превышают непосредственное влияние между цепями.

Существуют три вида косвенных влияний:

• Влияние за счёт отражений,

• Влияние за счёт конструктивных неоднородностей,

• Влияние через третьи цепи.

In previous chapters the process of influence was discussed involving of two homogeneous circuits with the matched loads. In the real conditions along with direct influence between two circuits operate the indirect influences.

The indirect influences appear by the reflections with unmatched loads, structural heterogeneities of the circuit lengths, and also from the presence of adjacent, third, circuits. The indirect influences added up with direct influences reduce the noise immunity of circuits.

Theoretical and experimental researches have shown that indirect influences especially affect on the far end in the high-frequencies range, and in some cases exceed direct influence between circuits.

Exist three types of the indirect influences:

• Influence due to reflections,

• Influence due to structural heterogeneities,

• Influence from the third circuits.

а32

Влияние за счёт отражений возникает из-за несогласованности входных сопротивлений аппаратуры с волновым сопротивлением линии. В результате возникают отраженные волны, которые приводят к увеличению собственного затухания (  ) цепей, появлению искажений передаваемых сигналов и возникновению дополнительного влияния между цепями.

На рис. 3.12 показана природа возникновения дополнительных влияний между цепями за счёт несогласованности сопротивлений нагрузки и сопротивления линии ( ).

Рис. 3.12. Влияние между цепями за счёт несогласованности сопротивлений нагрузки (Z_l) и

сопротивления линии (Z_в)

Fig. 3.12- Influences between circuits due to of unmatched of loading resistance (Z_l) and

line wave impedance (Z_в)

Как следует из рисунка, в приёмник первой цепи поступает лишь некоторая доля электромагнитной энергии, часть энергии отражается и распространяется обратно к началу цепи. Из-за электромагнитной связи между цепями эта энергия частично переходит во вторую цепь (цепь II) и проявляется на ближнем и дальнем концах цепи в виде тока помех. Таким образом, кроме тока прямого влияния появляется дополнительное влияние за счёт отражения энергии при несогласованности нагрузки. Аналогичный процесс происходит также и при несогласованности сопротивления аппаратуры и линии в начале и конце второй цепи.

Дополнительное влияние за счёт несогласованности нагрузок выражается через коэффициент отражения p:

_{, (3.40)}

где Z_l – сопротивление нагрузки, Z_в – волновое сопротивление линии.

Чем больше коэффициент отражения р, тем больше взаимное влияние между цепями.

Influence due to reflections arises up from unmatched of input resistances of apparatus with the line wave impendence. As a result there are the reflected waves, which increase of the natural attenuation of circuits (  ), appearance of the transmission distortions and appearance of the additional influence between circuits.

On a Fig. 3.12 is shown the nature of appearance of additional influences between circuits due to unmatched of loading resistance and line wave impedance ( ).

As follows from the Figure, some part of electromagnetic energy to come in the receiver of first circuit, the part of energy is reflected and propagated to the beginning of circuit.

On account of the electromagnetic coupling between circuits, this energy partly passes to the second circuit (circuit II) and shows up on the near and far ends of circuit as the noise current.

Thus, besides the direct influence current, additional influence appears due to the energy reflection when load is unmatched. The similar process also takes place when apparatus and line resistance are unmatched at the near and ends of the second circuit.

Additional influence due to unmatched load is expressed through the reflection coefficient p:

_{, (3.40)}

where Z_l is loading resistance; Z_в is line wave impedance.

The more reflection coefficient p, the more interaction between circuits.

a33

Влияние за счёт конструктивных неоднородностей возникает из-за нерегулярности конструкции кабельных и воздушных линий по длине (см. рис. 3.13).

Рис. 3.13. Влияние между цепями за счёт нерегулярности линии

Figure 3.13 – Influence between circuits due to irregularity of line

В местах нерегулярности линии ( ) возникают отражённые волны, которые приводят к появлению обратного потока энергии (движущегося к началу цепи) и попутного (движущегося к концу). Эти потоки являются источниками перехода энергии на соседние цепи и дополнительного влияния между ними.

В кабельных линиях неоднородности обусловлены неравномерной толщиной изоляции, неточностями в кабельной скрутке и технологическим разбросом параметров строительных длин. В кабелях имеются внутренние неоднородности (внутри строительных длин) и стыковочные (в местах соединения строительных длин).

Конструктивные неоднородности строго нормируются. Например, на кабельных линиях асимметрия сопротивлений R = 0,1…0,14 Ом/км; ёмкостная С = 1,0 …1,2 нФ/км; отклонение волнового сопротивления Z_в – порядка 3 - 5% номинального значения.

Influence due to structural heterogeneities appears on account of the construction irregularity of cable and air lines along the length (look at Fig.3.13).

In the places of the heterogeneity line ( ) arises the reflected waves that result in appearance of the reverse energy stream (moving to beginning) and the passing one (moving to the end of circuit) (Fig. 3.13). These streams are the sources of the energy transition on adjacent circuits and additional influence between them.

In the cable lines heterogeneities are stipulated by the nonuniform of the isolation thickness, inaccuracies in the cable twisting and technological variation of the building lengths parameters. In the cables there are the internal heterogeneities (inside the building lengths) and jointing heterogeneities (in the junctions of building length).

Structural heterogeneities are strictly normalized. On cable liens the asymmetry of resistances R = 0,1…0,14 Ohm/km; capacity asymmetry С = 1,0 …1,2 nF/km; deviation of the wave impendence - about 3-5% of basic value.

a34

В реальных условиях на воздушных и кабельных линиях, кроме двух основных цепей (влияющей и подверженной влиянию), имеются третьи цепи - однопроводные и двухпроводные. Причём может быть несколько третьих цепей, часть которых не используется для работы (например, искусственные цепи, экраны и свинцовая оболочка).

Третьи цепи, находящиеся на общей воздушной или кабельной линии с основными цепями, являются причиной дополнительных влияний. Через третью цепь происходит дополнительное влияние между первой и второй цепями. Причём, это влияние оказывается как на ближнем, так и на дальнем концах.

Однако наибольшую опасность представляет помеха, поступающая на дальний конец второй цепи (см. рис. 3.14). В этом случае переходные токи по закону влияния на ближний конец направляются сначала из первой цепи в третью цепь. Затем, также по закону влияния на ближний конец, переходные токи, направляясь к левому концу третьей цепи, переходят во вторую цепь к её дальнему концу (смотри рис. 3.14 фрагмент №1 а).

Влияние через третьи цепи на дальний конец становится весьма заметным в области высоких частот и может превышать непосредственное влияние между цепями.

a) a)

2. b)

Рис. 3.14. Влияние между цепями I и II через третью цепь

Figure 3.14 - Influence between the circuits I and II through the third circuit

In the real conditions on the airlines and cables, besides two basic circuits (influence circuit and respondent circuit), there are third circuits - the longitudinal circuits and two-wire circuits. Thus, there can be few third circuits, the part of that is not used for transmittion (for example, artificial circuits, shield and leaden shell of cable).

The third circuits being on the general airline or cable line with basic circuits are reason of the additional influences. Through the third circuit take place the additional influence between first and second circuits. Thus, this influence appears both on the near and on the far end.

However, most danger presents the noise, which comes on the far end of the second circuit (look at Fig. 3.14). In this case transitional currents by law of influence on a near end are directed at the beginning from the first circuit to the third circuit. Then, as well by law of influence on the near end, transitional currents are directed to the left end of the third circuits, move to the near end of the second circuit (look at Fig. 3.14 fragment #1 of the part a).

Influence from the third circuits to the far end becomes very noticeable in high-frequency range and can exceed the direct influence between circuits.

a35

Фаза отдельных составляющих токов помех косвенных влияний неизвестна, поэтому помехи суммируются по закону:

_(3.41)

где I_рез – результирующий ток помех; I_отр – ток помех за счёт отражений; I_кн – ток помех за счёт конструктивных неоднородностей; I_тр – ток помех за счёт третьей цепи.

По этому же закону суммируются непосредственные и косвенные влияния.

The phase of separate current components of indirect influence noises is unknown, therefore noises are added up on a law:

_(3.41)

where I_tot is a total current of noises; I_ref is a current of noises due to reflections; I_sh is a current of total due to structural heterogeneities; I_tc is a current of noises due to the third circuits.

On the same law the direct and indirect influences are added up.