13.1. Причины взаимного влияния между цепями связей и основные параметры (первичные и вторичные параметры влияния)

13.2. Первичные параметры влияния на цепи связи в воздушных линиях связи

13.3. Первичные параметры ЭМ влияния между цепями симметричных кабелей связи

13.4. Частотные зависимости электромагнитных связей

13.1. Причины взаимного влияния между цепями связей и основные параметры (первичные и вторичные параметры влияния)

Качество и дальность связи обуславливаются не столько собственным затуханием цепей, сколько мешающими взаимными влияниями между соседними цепями, которые проявляются в виде переходного разговора или шума.

Переход энергии с одной цепи на другую обусловлен ЭМ взаимодействием между ними и может быть условно представлен в виде суммарного действия электрического и магнитного полей.

Электрическое и магнитное влияние между цепями характеризуется:

с₁₂ - электрической и m₁₂ - магнитной связями.

Потери энергии в цепи характеризуются активными составляющими электрической g₁₂ и магнитной r₁₂ связями.

Величины r₁₂ , g₁₂ , с₁₂ и m₁₂ называются первичными параметрами влияния.

Величина переходного затухания А, характеризующая затухание токов влияния при переходе с первой цепи на вторую, называется вторичным параметром влияния.

13.2. Первичные параметры влияния на цепи связи в воздушных линиях связи

На в.л.с. провода расположены сравнительно далеко друг от друга, поэтому активными составляющими связей r₁₂ и g₁₂ можно пренебречь и учитывать лишь реактивные составляющие

, См/км;

, Ом/км.

где - коэффициент ёмкостной связи, Ф/км;

- коэффициент индуктивной связи, Гн/км.

Значения коэффициентов ёмкостной и индуктивной связи будут зависеть в основном от расстояний между проводами цепей (рис.1.). Из решения уравнений Максвелла получим коэффициент ёмкостной связи:

.

Коэффициент индуктивной связи определяется как взаимная индуктивность между двумя петлями (цепями):

,

где r - радиус проводов;

, , - расстояния между проводами (рис.1).

При рассмотрении взаимных влияний между цепями всегда учитывают совместное электрическое и магнитное влияния.

Токи электрического и магнитного влияний на ближнем конце имеют одинаковое направление, а на дальнем - противоположное.

Следовательно, коэффициент ЭМ связи при влиянии на ближнем конце равен сумме, а на дальнем - разности коэффициентов ёмкостной и индуктивной связи.

Для учёта совместного действия и их приводят к одинаковым единицам размерности.

При переводе в единицы «ёмкости»(в данном случае проводимости):

;

,

но и .

Выразим в единицах «ёмкости» коэффициент магнитной связи:

.

Откуда в единицах «ёмкости» выражается .

На ближнем конце токи электрического и магнитного влияний складываются, а на дальнем вычитаются. Поэтому, учитывая, что и :

и ,

где Z_в1 и Z_в2 - волновое сопротивление влияющей цепи и цепи, подверженной влиянию.

Для цепей с медными проводами от .

- практически не зависит от частоты. Они зависят от расстояния между проводами.

13.3. Первичные параметры ЭМ влияния между цепями симметричных кабелей связи

В кабеле наличие изоляции, небольшие расстояния между жилами, их несимметричное взаимное расположение и с металлическими защитными покровами создают дополнительные связи между цепями. Эти причины увеличивают влияние за счёт потерь в диэлектрике и металле.

Как известно, электрические связи между цепями определяются по формуле:

,

а магнитные связи:

Эквивалентные схемы электрической и магнитной связей между цепями показаны на рис.2(а,б).

На рис.2 показаны две цепи:

жила 1-2 - влияющая - цепь 1;

жила 3-4 - подверженная влиянию - цепь 2.

-частичные ёмкости;

- частичные проводимости;

- частичные индуктивности;

- частичные сопротивления.

Связь между цепями будет отсутствовать, если электрический мост будет сбалансированным.

Рассмотрим природу и характер действия электрических и магнитных связей между цепями.

Емкостная связь. С₁₂ является результатом асимметрии частичных ёмкостей между жилами влияющей и подверженной влиянию цепей (рис. 2а). Частичные ёмкости образуют так называемый мост. Если мост симметричен и находится в уравновешенном состоянии, то перехода энергии из цепи 1 в цепь 2 не будет.

Условием симметрии моста является равенство:

.

Связь между цепями будет осуществляться, если мост неуравновешен. Эта связь является причиной возникновения мешающих влияний между цепями связи и называется ёмкостной связью:

. (1)

Индуктивная связь по аналогии может быть представлена мостом частичных индуктивностей, имеющих трансформаторную связь (рис. 2,б). Здесь имеем дело с магнитными потоками. Условием симметрии моста является выражение:

.

Коэффициент индуктивной связи характеризует асимметрию моста и соответственно степень перехода энергии из цепи 1 в цепь 2, т. е. будет наблюдаться мешающее влияние одной цепи на другую:

. (2)

Активная составляющая электрической связи g₁₂ обусловлена асимметрией потерь энергии в диэлектрике. В этом случае плечи моста представляют собой эквивалентные потери энергии в диэлектрике, окружающем кабельные жилы, (рис. 2,а).

Если по жилам кабеля протекает переменный ток, то диэлектрик вносит потери, пропорциональные проводимости изоляции

.

Если диэлектрик неоднороден по своим электрическим свойствам, или толщина изоляции жил различна, или кабель деформирован в разных местах и т. д. , то частичные проводники диэлектриков

будут неодинаковы. Это нарушает симметрию моста и создаёт условия для взаимного перехода энергии между цепями. Активная составляющая электрической связи:

. (3)

Активная составляющая магнитной связи r₁₂, или так называемая активная связь, обусловлена вихревыми токами. При прохождении переменного тока по цепи кабеля в соседних жилах за счёт переменного магнитного поля наводятся вихревые токи, вызывающие дополнительные потери энергии в цепи передачи. Аналогичные потери имеют место в экране, свинцовой, алюминиевой оболочке и других металлических частях кабеля.

Несимметричность расположения жил одной цепи относительно жил другой цепи и металлических оболочек кабеля, а также применение жил различного диаметра и электрических свойств приводят к асимметрии потерь на вихревых токи, что проявляется в виде расстройки моста связей (рис. 2,б). В результате создаётся асимметрия активных потерь энергии, характеризуемая связью

. (4)

Величина активной связи тем больше, чем больше различаются жилы по активному сопротивлению и потерям энергии на вихревые токи в соседней цепи, экране, оболочке и других металлических частях кабеля.

Активная составляющая электрической связи обуславливается асимметрией потерь в диэлектрике, а активная составляющая магнитной связи - асимметрией потерь в металле.

Величины называются первичными параметрами влияния.

Величина переходного затухания А, характеризующая затухание токов влияния при переходе с 1-ой цепи на вторую называется вторичными параметрами влияния.

Как уже указывалось ранее, при взаимных влияниях всегда учитывают совместное действие электрического и магнитного полей и поэтому необходимо рассматривать отдельно влияние на ближнем и дальнем концах.

Коэффициенты электромагнитной связи между цепями в кабеле на ближнем и дальнем концах определяются:

- на ближнем

, См/км;

- на дальнем

, См/км.

Эти коэффициенты зависят от частоты.

Рассмотрим зависимость электромагнитной связи от частоты.

13.4. Частотные зависимости электромагнитных связей

В кабельных цепях необходимо учитывать все четыре первичных параметра влияния, причем в зависимости от частоты соотношение и удельная значимость их меняется.

Примерное соотношение отдельных связей в строительных длинах при разных частотах от общей величины связи представлено на рисунке 3.

Из графика следует:

1) В области НЧ (тональный спектр) доминируют емкостные связи , другие составляющие связей в этом диапазоне можно не учитывать;

2) С возрастанием частоты увеличивается удельная значимость магнитного влияния и, уже начиная примерно с 35 кГц, индуктивные связи становятся равными емкостным ;

3) Активные связи и , практически равные нулю на низких частотах и при постоянном токе, в области ВЧ существенно возрастают, В среднем соотношение активных и реактивных составляющих равно ; ;

4) Индуктивные и ёмкостные связи в кабелях соотносятся как: . Для кабелей со звездной скруткой Ом , т.е. Гн/Ф. Поэтому, если известны величины (которая обычно нормируется в ТУ на кабели связи), то легко определить и величину . Так если пФ на строительную длину кабеля, то нГн.

При ВЧ передаче по кабелям необходимо считаться со всеми составляющими связей. В области НЧ достаточно учитывать лишь ёмкостную связь, а с остальными можно не считаться.