По проводным линиям связи.

Особенности передачи электромагнитной энергии

Лекция № 23.

 

Многопроводные неоднородные линии связи

 

На практике неоднородных линий не бывает по следующим причинам:

1) При изготовлении кабеля всегда получается некоторая неоднородность конструктивных параметров (диаметр проводов не остается строго постоянным, изменяется расстояние между проводами и т.д.);

2) Электрические параметры материалов не являются постоянными по объему;

3) Кабельная линия состоит из строительных длин. В местах соединения строительных длин также возникают неоднородности;

4) Линии редко бывают двухпроводными. Обычно они многопроводны. Например, на опорах подвешиваются несколько пар проводов, а кабель связи, как правило, многопарный.

В связи с этим условия передачи сигнала в однородной линии существенно отличаются от условий, существующих в реальных линиях.

Разобьем неоднородную линию на однородные участки. Каждый участок отличается от другого волновым сопротивлением. В результате, получается каскадное соединение несогласованных четырехполюсников. В каждой точке рассогласования возникает отраженная волна.

 

Распространение энергии в неоднородной цепи..

 

Поэтому , как видно из рисунка, кроме основного потока энергии образуются обратный и попутный потоки. Попутный поток, складываясь с основным, приводит к возникновению искажений формы сигнала.

 

Взаимные влияния между цепями связи.

 

В многопроводных линиях связи при передаче энергии происходит взаимное влияние между цепями. Это происходит по следующей причине. При передаче энергии по одной из цепей вокруг нее возникает электромагнитное поле. Другая цепь находится в этом же поле, поэтому в не индуктируется ток, который является помехой. Следовательно, наличие взаимного влияния между цепями существенно усложняет прием сигналов.

 

Влияние между цепями.

 

Количественно взаимное влияние характеризуется переходным ослаблением (затуханием). Различают переходное ослабление по мощности на ближний и дальний концы. Допустим полная мощность, отдаваемая генератором, равна . Мощность сигнала в нагрузке обозначим . Некоторая часть мощности попадает в подверженную влиянию цепь на ее ближний конец, а – на дальний. Тогда переходное ослабление по мощности на ближнем конце

 

, дБ,

 

а на дальнем

 

, дБ.

 

Кроме переходного ослабления для оценки качества приема используется также параметр – защищенность от помех. Он вычисляется как логарифм отношения мощностей сигнала к помехе в конце линии:

 

, дБ.

 

Поэтому, условие приема сигнала будет тем лучше, чем будет больше переходное ослабление или защищенность от помех.

В проводной связи обычно задаются не мощности сигналов и помех, а их уровни. Тогда переходные ослабления и защищенность от помех вычисляются не логарифмированием отношения, а как разность соответствующих уровней. При использовании понятия уровня расчет уровня сигнала в любой точке цепи равен:

 

,

 

где – уровень на входе цепи, дБ; , , ... – ослабление участков цепи, дБ. Например, уровень сигнала на выходе линии с ослаблением , дБ, будет

 

,

 

то есть уровень сигнала на выходе линии связи меньше уровня на входе на величину ослабления (затухания).

 

Особенности влияния между цепями в

коаксиальных и симметричных кабелях.

 

Влияние между цепями в симметричных и коаксиальных кабелях физически существенно отличаются.

Для воздушных линий и симметричных кабелей переход энергии с одной цепи на другую обусловлен электромагнитным полем, возникающим вокруг цепи с током. Силовые линии электромагнитного поля влияющей цепи (E и H) частично охватывают провода смежной (подверженной влиянию) цепи и индуцируют в них ЭДС и токи помех. С ростом частоты передаваемого сигнала увеличивается скорость изменения электромагнитных силовых линий и поэтому возрастает взаимное влияние между цепями.

Коаксиальная линия относится к экранированным линиям. Под экранированием любого устройства понимается его защита от различных видов излучений с помощью экрана (франц. ecran – ширма), поглощающего или отражающего излучения. Экраном в коаксиальной цепи является внешний проводник, не пропускающий электромагнитное поле наружу. Поэтому коаксиальная линия не имеет внешних поперечных составляющих электромагнитного поля. Они замыкаются внутри кабеля между внутренним и внешним проводниками и влияния на другие цепи не оказывают. Взаимное влияние между коаксиальными цепями обусловлено только продольной составляющей электрического поля направленной вдоль оси линии.

Эта составляющая называется током, протекающим по внешней поверхности внешнего проводника коаксиальной линии из-за эффекта близости внутреннего и внешнего проводников в линии (ток «вытесняется» на поверхность). Поверхностный ток влияющей цепи замыкается через внешний проводник подверженной влиянию цепи. Создается промежуточная (третья) цепь и ток, протекающий по ней, вызывает взаимное влияние коаксиальных линий.

 

Схема влияния между коаксиальными цепями.

 

С увеличением частоты ток в коаксиальной линии концентрируется на внутренней поверхности внешнего проводника, уменьшаясь по его внешней поверхности. Напряженность поля вне линии также уменьшается, возрастает самоэкранирования. Поэтому в коаксиальных линиях с ростом частоты переходные ослабления увеличиваются.

 

Методы устранения взаимных влияний в кабельных линиях связи.

 

В современных системах связи по линиям передаются различные первичные и модулированные сигналы, поэтому какие-то одинаковые нормы на помехи и искажения в линиях установить трудно, так как при приеме различных сигналов помехи и искажения сказываются не одинаково. Например, для нормальной передачи цифровых и телевизионных сигналов величина попутного потока не должна превышать 1% основного; при передаче речевых сигналов можно допустить и большее значение попутного потока.

Особое значение при выборе уровня сигнала в многопроводных линиях имеет переходное ослабление. С увеличением уровня сигнала в одной из цепей для улучшения качества повышается уровень взаимных помех и в других цепях. Поэтому, для получения прежнего качества необходимо и в этих цепях поднять уровень сигналов. А это приведет к соответствующему росту взаимных помех в первой цепи и потере качества.

Следовательно, увеличением уровня сигнала нельзя скомпенсировать взаимное влияние между цепями. Для организации качественной связи необходимо принимать меры для снижения взаимных влияний до определенных норм. К самым распространенным из этих мер относятся: скрещивание воздушных линий, скрутка, экранирование и симметрирование кабельных линий. Если нормы на переходное ослабление не выполняются для линий двухпроводной связи, то переходят к четырехпроводной, в которых передача и прием сигналов абонентов производятся по различным двухпроводным линиям.