книги из ГПНТБ / Гроднев, И. И. Линейные сооружения связи учебник

ОСОБЕННОСТИ ВЛИЯНИЯ В КОАКСИАЛЬНЫХ КАБЕЛЯХ

4.8.ПРИРОДА ВЛИЯНИЯ В КОАКСИАЛЬНЫХ ЦЕПЯХ

Всимметричных кабельных цепях взаимное влияние обуслов­ лено наличием поперечного электромагнитного поля, которое на­

водит в рядом расположенной цепи мешающие токи. Как видно из рис. 4.26, вокруг симметричной цепи 1—2 имеется поперечное

Рис. 4.26. Электромагнитное поле цепей: а) симметричной; б) коаксиальной

электрическое Ет, £ Фи магнитное Нт, # Ф поля. Если в сферу дей­ ствия этих полей попадает цепь 3—4, то в ней индуцируются то­ ки, проявляющиеся в виде токов помех.

Коаксиальная цепь не имеет внешних поперечных электромаг­

мыкаются внутри кабеля между внутренним и внешним провод­ никами; поля Ец, и Нг отсутствуют вследствие осевой симметрии кабеля. Поэтому коаксиальная цепь 3—4, расположенная рядом с коаксиальной цепью 1—2, по которой передается энергия, при идеальной конструкции не испытывает воздействия поперечных электромагнитных полей радиального и тангенциального направ­

поля Ег, направленной вдоль оси коаксиального кабеля.

Влияние между двумя коаксиальными цепями I и II осуществ­ ляется через третью, промежуточную, цепь, образованную из внеш­ них проводов этих цепей. При взаимном -влиянии коаксиальных

— 232 —

сущность влияния между двумя коаксиальными кабелями можно объяснять следующим образом. По внешнему проводнику (цепь/) влияющего коаксиального кабеля течет ток, в связи с чем на его

Рис. 4.27. Схема влияния в коаксиальных цепях:

I — влияющая цепь; II — цепь, подверженная влиянию;

III — промежуточная цепь

внешней поверхности создается падение напряжения и действует продольная составляющая электрического поля Ег. Она вызывает ток на поверхности внешнего проводника (цепь II) кабеля, под­ верженного влиянию. Таким образом, из двух внешних провод­ ников кабелей создается промежуточная цепь тока, в которой дей­ ствует эде, равная Ег на внешней поверхности внешнего провод­ ника влияющего кабеля. Ток, протекающий во внешнем провод­ нике подверженного влиянию кабеля, вызывает падение напряже­ ния, создающее помехи в его цепи.

Таким образом, в коаксиальных кабелях влияющая цепь I создает напряжение и ток в цепи III, которая, в свою очередь, становится влияющей цепью по отношению к цепи II и вызывает в

ней токи помех.

Интенсивность влияния между цепями обусловливается напря­ женностью продольной составляющей электрического поля Ег на внешней поверхности внешнего проводника влияющей коаксиаль­ ной цепи. Чем больше величина Ez, тем больше напряжение и ток в промежуточной цепи III и соответственно ток помех в цепи, под­

верженной влиянию.

Частотная зависимость влияния в коаксиальных цепях имеет другой характер, чем в симметричных. В симметричных цепях с ростом частоты возрастает скорость изменения электромагнитных силовых линий (Е и Н) и поэтому возрастает взаимное мешающее влияние імежду цепями. В коаксиальных цепях, в отличие от сим­ метричных, с ростом частоты взаимное влияние уменьшается и улучшается защищенность от внешних помех (рис. 4.28). Из-за эффекта близости плотность тока во внешнем проводнике коак­ сиального кабеля увеличивается по направлению к внутренней его поверхности, причем с ростом частоты ток концентрируется на внутренней поверхности внешнего проводника, а на внешней по­ верхности плотность уменьшается. Поэтому с увеличением часто-

—233 —

ты уменьшается напряженность поля Ez на внешней поверхности внешнего провода и возрастает эффект самоэкранирования коак­

сиального кабеля.

При очень высоких частотах, когда весь ток сконцентрирован внутри коаксиального кабеля, напряженность поля Ег вне кабе­ ля приближается ж нулю, экранирующий эффект достигает мак­ симума и влияние между цепями теоретически отсутствует.

Рис. 4.28. Зависимость влияния ів кабелях от частоты:

f1 f

Влияние между коаксиальными цепями зависит от конструк­ ции внешних проводников, их расположения и материала. Чем больше толщина внешних проводников, тем влияние меньше. Эк­ ранирующий эффект стали лучше, чем у меди. Наилучший эффект дают многослойные стале-медные экраны.

Для защиты от помех ів низкочастотном диапазоне (до 60-М00 кГц) коаксиальный кабель экранируется стальными лен­ тами толщиной 0,15—0,20 мм, накладываемыми в два слоя. В ма­ логабаритных кабелях применяются трехслойные экраны конст­ рукции медь—сталь—медь толщиной соответственно 0,02—0,1— 0. 012 мм. Наличие экранов увеличивает переходное затухание на 25—40 дБ. Как и в симметричных цепях, влияние в коаксиальных цепях выражается и нормируется при помощи переходных затуха­ ний Ло и А.1 и защищенности А3. В качестве первичного параметра влияния оперируют с сопротивлением связи Z12.

4.9, СОПРОТИВЛЕНИЕ СВЯЗИ

Сопротивление связи или взаимное сопротивление Ziz представ­ ляет собой отношение напряжения Uc, возбуждаемого на івношней поверхности внешнего проводника коаксиального кабеля, к току 1, протекающему в коаксиальной цепи. Напряжение U(. соответ­ ствует продольной составляющей электрического поля Ez на этой поверхности, поэтому

внешнем проводнике создается падение напряжения и действует продольная составляющая электрического поля Ez.

Отношение величины Ег к току в цепи дает количественную оценку сопротивления связи. Чем больше тем больше Ez

— 234 —

на внешней поверхности внешнего проводника коаксиального ка(эеля и вне его и больше мешающее влияние данной цепи на соседние. С ростом частоты передаваемого тока и толщины внешнего про­ водника величина Z12 уменьшается, следовательно, уменьшается составляющая Ег на внешней поверхности кабеля и соответствен­ но уменьшается влияние.

Характер частотной зависимости сопротивления Z12 показан на рис. 4.30. Тут же показан характер изменения полного сопротив-

Рис. 4.30. Частотная зависи­ мость сопротивления связи Zi2 и полного сопротивле­

ния Z внешнего проводника коаксиального кабеля

ления внешнего проводника Z. Из рисунка видно, что при частоте f = 0 значение Zi2 = Z и численно равно 'сопротивлению постоянно­

Рис. 4.31. Частотная завис«- масть сопротивления связи коаксиальных кабелей с раз­ личными типами внешних проводников:

1 — медная оболочка; 2 — свин­ цовая оболочка; 3 —спираль из медной ленты; 4 — многослойная оболочка

На рис. 4.31 представлены результаты измерения частотной за­ висимости Zj2 .медной и свинцовой замкнутых оболочек, а также многослойной оболочки и оболочки из медной ленты. Из графика видно, что імедь лучше защищает от помех, чем .свинец, а наилуч­

— 235 —

ший результат дает многослойная оболочка. Если при замкнутых оболочках с ростом частоты величина Zi2 уменьшается, то при лен­ точной обмотке ка'беля Z\i увеличивается и помехозащищенность кабеля падает. Это объясняется наличием в оболочках спиральното наложения продольных внешних магнитных полей. Вышепри­ веденные соображения справедливы, если коаксиальная цепь яв­ ляется источником помех. Но они могут быть распространены так­ же на случай, когда коаксиальная цепь подвержена влиянию (ис­ точник помех расположен ;вне цепи). В последнем случае ток концентрируется на внешней поверхности внешнего проводника коаксиального кабеля (рис. 4.32).

Рис. 4.32. Распределение Ег и соответственно плотности тока во внешнем проводни­ ке коаксиального кабеля:

Сопротивление связи Z12 определяется так же, как и сопротив­ ление внешнего проводника коаксиального ка'беля [ур-ния (3.47) и (3.48)]. Только напряженность поля Ez принимается не на внут­

замкнутых сплошных оболочек. В реальных условиях коаксиаль­ ный кабель имеет чаще всего внешний проводник в виде медной трубки и стального экрана из спирально наложенной ленты, по-

— 236 —

Т а б л и ц а 4.1

где Lz — продольная индуктивность, обусловленная спиральными стальными лентами:

Uu — внутренняя индуктивность стальных лент:

LBH^ 2 p 2! n - ^ ± ^ - lO - 4, Г/км.

гс

Рис. 4.33. К расчету сопротивле­ ния связи экранированного кабеля

—237

4.10. ПЕРЕХОДНОЕ ЗАТУХАНИЕ МЕЖДУ КОАКСИАЛЬНЫМИ ЦЕПЯМИ

Переходное затухание между коаксиальными цепями / и II (рис. 4.34) отъ ределяется выражениями:

Рис. 4.34. Влияние между коаксиальными це­ пями

аа ближнем конце

Ui

А0 = 20 lg

U 20

аа дальнем конце

АI = 20 lg

Um

игі

Цепи, нагруженные с обоих концов, имеют одинаковые волновые сопротив­ ления Z b и коэффициенты распространения у. Третья, промежуточная, цепь,

состоящая из внешних проводников коаксиальных пар, имеет волновые пара­ метры Zbs, Vs и «апружена на произвольное сопротивление ZH.

Напряжение Ню вызовет в цепи I ток, который на расстоянии х от начала равен

/ W = - y ^ e - V * .

Ток создает на наружной поверхности внешнего провода первой коаксиаль­ ной цепи напряжение dEz(x), причем для участка dx

— 238 —

уI

Ток, протекая по внешнему проводу второй цепи, создает на внутренней его поверхности падение напряжения, которое можно рассматривать как наведенную продольную электродвижущуюся силу dE2(y), действующую во второй цепи. Величина электродвижущей силы равна

d Е2 (у) = Iз (у) Zlt dy.

Зная эту величину, можно определить напряжение в начале и в конце вто­ рой цепи. Вторая цепь замкнута на согласованное сопротивление, поэтому на­ пряжение в начале второй цепи

[к( Уз — У2) Ü — е ~ 2 ѵ 0 + у у з ( 1 — к2) 0 — e ~ 2 7 0] shy3 /

( Уз — у2) [2 к ch у з ; + (1 + к2) sh у3 1]

—239 —

F I = Ѵз / —

Обычно внешние проводники обеихX ко, аксиальных пар л о всей длине соприка­ саются, т, е. у»-ѵоо и 2 ВЗ-Ч), тогда

Fi = уз I —

Ѵз V2 1

При соприкасающихся внешних проводниках коаксиальных пар

Если нагрузки согласованы (Za = ZB) и внешние проводники •»прикасаются (уз->оо и ZB3->-0), то иолучим, дБ:

переходное затухание

Данные уравнения могут быть несколько упрощены примени­ тельно к предельным случаям.

— 240 —

Д л я к о р о т к и х л и н и й а/< 4 дБ Величина (1—е~2У1)-*-2уI

Отдельные составляющие указанных формул имеют следую­ щие значения:

Z \2 — сопротивление связи Jyp-ния (4.46) и (4.47)]; ZE— волновое сопротивление;

y = a + iß — коэффициент распространения; / — длина кабеля.

Несколько подробнее рассмотрим параметр Z3, входящий в данные формулы. Z3 — это полное сопротивление промежуточной, третьей, цепи коаксиального кабеля, состоящее из собственных со­ противлений внешних проводников Z [ур-ния (3.48) и (3.49)] обе­ их коаксиальных пар и индуктивного сопротивления образованной из них цепи icöL3:

Индуктивность промежуточной цепи L3 зависит от изоляции внешних проводников коаксиальных пар. Если коаксиальные па­ ры изолированы диэлектриком (пластмассовые или бумажные ленты), то

ІЛ = 4 ln?— ^ IO“4 , Г/км,

где а — расстояние между центрами коаксиальных пар, мм; гс— внешний радиус внешнего проводника, мм.

В этом случае, как правило, icoL^ >2Z, и поэтому полное со­ противление промежуточной цепи Z3»iö)Lj.

Если коаксиальные пары экранированы стальными лентами,

TO

Ll = 4 [x2 ln -c^ J i 10”4 , Г/км,

где ix2 — магнитная проницаемость стального экрана (100—200); t2— толщина стального экрана, мм;

гс — внешний радиус 'внешнего проводника, мм. В данном случае mL^>2Z, и поэтому Z3«ki)L|.

Если коаксиальные пары не имеют изоляционной или экрани­ рующей оболочки, то L3= 0 и Z3=2Z .

— 241 —