Взаимное влияние между симметричными кабельными цепями.

Взаимное влияние между симметричными цепями обусловленное взаимодействием электромагнитных полей этих цепей, которые можно представить в виде суммарного воздействия электрических и магнитных полей. Влияние от электрического поля называют электрическим, а от магнитного поля - магнитным. Значение электрических и магнитных влияний можно определить экспериментально и в некоторых случаях путем расчета.

Влияющая цепь – цепь, создающая первичное влияющее электромагнитное поле. Цепь, подверженная влиянию – это цепь, на которую воздействует влияющее электромагнитное поле и в которой определяются помехи.

Рис.3.29. Влияние между цепями

Экспериментальные методы раздельного определения влияний основаны на измерении токов и напряжений во влияющей цепи и цепи, подверженной влиянию в режимах, когда между цепями существует в основном либо электрическое поле, либо магнитное. Эти условия создаются в коротких отрезках линий по сравнению с длиной волны сигнала при режимах холостого хода (электрическое поле) и короткого замыкания (магнитное поле).

Электрическая связь на единицу длины кабеля (1/(Ом×м)) определяется отношением тока , наведенного в цепи, подверженной влиянию под действием разности потенциалов во влияющей цепи U₁

,

где g – активная составляющая электрической цепи; k – емкостная связь.

Магнитная связь на единицу длины кабеля (Ом/м) определяется отношением наведенной э.д.с. E₂, взятой с обратным знаком в цепи, подверженной влиянию, в результате протекания тока I₁ во влияющей цепи

,

где r – активная составляющая магнитной связи; m – индуктивная связь.

Параметры r, g, m, k называются первичными параметрами влияния.

Рассмотрим природу и характер действия электрической и магнитной связей между цепями.

На рисунках 3.30 и 3.31 показаны эквивалентные схемы, поясняющие природу возникновения электрической и магнитной связей между симметричными цепями. Изображенный на рис. 3.30 емкостной мост из частичных емкостей и проводимостей между проводами влияющей (провода 1, 2) и подверженной влиянию (провода 3, 4) цепей показывают причину появления электрической связи. В реальных линиях связи этот мост в той или иной мере оказывается разбалансированным в результате асимметрии расположения проводов цепей, а также отклонения эквивалентных значений диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь изоляционных покрытий проводов кабеля от средних величин.

Под действием напряжения влияющей цепи в цепи, подверженной влиянию, возникает ток помехи, значение которого пропорционально разности частичных емкостей между проводами цепей 1 и 2 на длине (см. рис. 3.30) . Значение этой разности, отнесенное на единицу длины однородной линии, называют коэффициентом емкостной связи или просто емкостной связью

.

Рис.3.30. Эквивалентная электрическая схема электрической связи

Рис.3.31. Эквивалентная электрическая схема электрической связи

Емкостная связь является результатом асимметрии частичных емкостей между жилами влияющей и подверженной влиянию цепей.

Между цепями не будет влияния, если суммы противоположных емкостей будут равны между собой .

Активная составляющая электрической связи между первой и второй цепями выражается через разность потерь в диэлектрике , , и аналогичным выражениям для емкостной связи

.

Индуктивная связь по аналогии может быть представлена мостом частичных индуктивностей, имеющих трансформаторную связь (см. рис. 3.31). Коэффициент индуктивной связи характеризует асимметрию моста и соответственно относительную величину перехода энергии магнитного поля влияющей цепи в цепь, поверженную влиянию

.

Активная составляющая магнитной связи обусловлена различием потерь на вихревые токи в проводах и металлических оболочках кабеля, возникающих вследствие несимметричности расположения проводов цепей относительно оболочки экранов и третьих цепей кабеля. В результате мост активных сопротивлений , , и (см. рис. 3.31) расстраивается и появляется активная составляющая комплексной магнитной связи

.

Соотношения между электрическими и магнитными связями, их активными и реактивными составляющими могут быть различными в зависимости от характера цепей, диапазона передаваемых частот и ряда других факторов. На рис. 3.32 приведена частотная зависимость процентного соотношения различных видов связей внутри четверки.

Рис.3.32. Зависимость различных видов связей от частоты

Из рисунка следует, что:

1. В области низких частот (тональный спектр) доминируют емкостные связи; другие связи можно не учитывать.

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

.

3. Активные связи и , будучи равными практически нулю при низких частотах и постоянном токе, в области высоких частот существенно возрастают; в среднем соотношение активных и реактивных составляющих связи

,

.

4. между индуктивными и емкостными связями в кабелях существует соотношение

.

Вторичным параметром влияния называется переходное затухание А, характеризующее затухание токов влияния при переходе с первой цепи на вторую. В линиях связи обычно стремятся уменьшить собственное затухание цепи α и увеличить переходное затухание А. Переходное затухание измеряется в децибелах (дБ)

,

где Р₁ – мощность генератора во влияющей цепи; Р₂ – мощность помех в цепи, подверженной влиянию.

Переходное затухание может измеряться в неперах (Нп)

.

При рассмотрении влияния между цепями связи различают два вида перехода энергии: на ближнем (передающем) и на дальнем (приемном) концах. Влияние, появляющееся на том конце цепи, где расположен генератор первой цепи, называется переходным влиянием на ближнем (передающем) конце А₀. Влияние на противоположный конец цепи называется переходным влиянием на дальнем (приемном) конце A_l. Наряду с величинами и в технике связи широко используется параметр – защищенность цепей .

Рис.3.30. Влияние между симметричными цепями

Переходные затухания выражаются через мощности следующим образом (см. рис. 3.33):

на ближнем конце

;

на дальнем

;

защищенность

.

Между защищенностью цепей и переходным затуханием на дальнем конце существует следующая связь

.

Переходное затухание может быть выражено через токи и напряжение:

;

.

Электромагнитными связями пользуются преимущественно при рассмотрении явлений влияние в коротких линиях (сотни метров). В дальних линиях связь оценивается при помощи переходного затухания.

- электромагнитная связь на ближнем конце

- электромагнитная связь на дальнем конце

Для кабельных линий Ао, А_L, Аз через строительные длины выражения примут вид :

; ;

где: L_c – строительная длина кабеля, км; n – число строительных длин; N₁₂и F₁₂ – электромагнитные связи строительной длины кабеля;