Коэффициенты асимметрии

Рис.3.6.17. Метод скрещивания

При прямом соединении жил (смотри Рис.17) электромагнитные связи обоих участков алгебраически складываются ( k_А + k_Б ), а при скрещивании вычитаются ( k_А - k_Б ). Например, если соединенные участки А и Б имеют участки разных знаков, то эти участки следует соединить напрямую, при k_А = -400 пФ, k_Б = 500 пФ, суммарное значение k_А+Б = k_А + k_Б = 100 пФ.

3.7 Взаимные влияния между коаксиальными цепями

Электромагнитное поле коаксиальных цепей является закрытым, т.е. вне коаксиального кабеля оно не существует, что приводит к отсутствию непосредственных влияний между коаксиальными цепями. Взаимные влияния между коаксиальными цепями обусловлены продольной составляющей напряженности электрического поля Ez на внешней поверхности внешнего проводника, влияющей коаксиальной цепи (см. Рис.18).

Рис.3.6.18. Взаимные влияния между коаксиальными цепями

1 – влияющая цепь; 2 – цепь, подверженная влиянию; 3 – промежуточная цепь, состоящая из внешних проводников цепей 1 и 2.

Физическая сущность влияния между двумя коаксиальными парами можно объяснить следующим образом;

Если по внешнему проводнику влияющей цепи 1 течет ток, то на его внешней поверхности создается падение напряжения и действует продольная составляющая электрического поля Ez. Она вызывает ток на поверхности внешнего проводника цепи 2, подверженной влиянию. Следовательно, из двух внешних проводников коаксиальных пар, создается промежуточная цепь тока, в которой действует Э.Д.С., равная Ez на внешней поверхности внешнего проводника влияющего кабеля. Ток, протекающий во внешнем проводнике подверженного влиянию кабеля, вызывает падение напряжения, создающее помехи в его цепи. Таким образом, в коаксиальных кабелях влияющая цепь создает напряжение и ток в цепи 3, которая в свою очередь становится влияющей цепью по отношению к цепи 2 и вызывает в ней ток помех. Интенсивность влияния между цепями обуславливается напряжением продольной составляющей электрического поля Ez на внешней поверхности внешнего проводника, влияющей коаксиальной цепи. Чем больше величина Ez, тем больше напряжение и ток промежуточной цепи 3, и, соответственно, ток помех в цепи, подверженной влиянию.

Рис.3.6.19. Зависимость плотности тока во внешнем проводнике от частоты

Рис.3.6. 21. Зависимость затуханий от частоты

Выше рассматривалось влияние лишь между двумя обособленными коаксиальными парами. В реальных условиях в коаксиальных кабелях под общей свинцовой ( алюминиевой ) оболочкой располагается несколько коаксиальных пар. Наличие свинцовых оболочек уменьшает взаимное влияние между коаксиальными парами. В этом случае для практических целей можно пользоваться раннее приведенными формулами с поправочным коэффициентом n/2; где n - число коаксиальных пар, находящихся под общей оболочкой кабеля:

Экранирование

Наиболее радикальным средством защиты коаксиальных и симметричных кабелей от помех является экранирование.

По конструкции и принципу действия различают экраны защищающие от внешних и внутренних (взаимных) помех. Для защиты от внешних помех кабель поверх сердечника покрывают металлическими оболочками. Экраны, защищающие от взаимных помех являются составным элементом самого кабельного сердечника. В этом случае цепи с высоким уровнем передачи размещаются внутри экрана и обеспечивается взаимность организации высокочастотной связи по однокабельной системе (прокладывается 1 кабель). При однокабельной связи экраны электрически делят цепи прямого и обратного направлений и исключают взаимные помехи.

По принципу действие экраны подразделяют на

1. Электростатические

2. Магнитостатические

3. Электромагнитные

· Интенсивные электрические поля создаются в цепях с большим сопротивлением, высокой напряженностью и малым током

· Сильные магнитные поля - низкое волновое сопротивление, большой ток и малый перепад напряжения .

Электростатические и магнитостатические экраны, действующие по принципу замыкания соответствующих полей, из-за повышенных электрической и магнитной проводимостей их материалов эффективны лишь в области низких частот. В области высоких частот требуемый эффект достигается за счет электромагнитных экранов.

Действие электромагнитных экранов основано на явлении отражения электромагнитных волн от поверхности экрана и затухания высококачественной энергии в металлической толще экрана.

Затухание энергии на экране обусловлено тепловыми потерями на вихревые токи в металле. Чем выше частота, толще экран, тем больше затухание.

Отражение энергии связанно с несоответствием волновых характеристик диэлектрика и металла. Чем больше различаются волновые сопротивления диэлектрика и металла, тем сильнее сказывается эффект экранирования за счет отражения.

Рис.1 Отражение электромагнитной энергии от границ кабеля

Электромагнитная энергия поля помех W, достигнув экрана частично проходит через него, при этом затухая в толще экрана, а частично отражается от него: W⁰¹ (граница диэлектрик – экран)

На второй границе ( экран – диэлектрик) происходит вторичное отражение энергии W⁰², и лишь остаток энергии проникает в заэкранированное пространство W^э.

В результате прохождения через экран энергия уменьшается с W до Wэ. Здесь явление отражения представлено упрощенно. В действительности имеет место процесс многократного отражения энергии от границ диэлектрик – экран – диэлектрик. В реальных условиях экранирования приходится считаться с воздействием как магнитных, так и электрических полей. Причем в отдельных условиях может преобладать та или иная компонента поля. Обычно поле имеет выраженный характер электрического или магнитного вблизи своего источника – на расстоянии порядка длины волны. Для частоты 10⁹ Гц l » 0,3 м, для частоты 10⁶ Гц l » 300 м. Поэтому во многих случаях экранирования приходится иметь дело с преимущественным влиянием электрического или магнитного полей.

Действие экрана определяется коэффициентом экранирования S, представляющем собой отношение напряженности электрического и магнитного поля в какой либо точке пространства при наличии экрана (Е^Э ,Н^Э) к напряженности поля в той же точке без экрана (Е , Н).

Коэффициент экранирования S может находиться в пределах от 0 (полное экранирование) до 1 (отсутствие действия экрана).

Выражение для коэффициента экранирования получается из решения уравнений Максвелла. Коэффициент экранирования однослойного цилиндрического экрана относительно электрических и магнитных полей вычисляется по формуле

Здесь ; ; Sп – коэффициент экранирования поглощения; So – коэффициент экранирования отражения; - коэффициент вихревых токов, [1/м]; t – толщина экрана; - волновое сопротивление металла; - волновое сопротивление в диэлектрике для электрического поля; - волновое сопротивление в диэлектрике для магнитного поля;

В технике связи принято оценивать экранирование не через коэффициент экранирования S, а через экранное затухание А_э.

А_п – затухание поглощения; Ао – затухание отражения;