Фізичні процеси поширення електричної енергії (хвиль) у довгих лініях

ЛЕКЦІЯ №11

З НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ

“ЛІНІЇ ПЕРЕДАЧІ”

ТЕМА 1: Фізичні процеси поширення електричної енергії (хвиль) у довгих лініях

Заняття. Лекція “ Аналіз залежностей взаємного впливу від частоти і довжини лінії.”

Навчальні питання лекції:

1.	Частотна залежність електромагнітних зв’язків.
2.	Залежність перехідного загасання від частоти і довжини лінії

Навчально-матеріальне забезпечення:

1. Лектор-2000

2. Слайди за темою лекції.

Навчальна література:

1. И.И. Гроднев., С.М. Верник. Линии святи. М.1988
2. І.П. Панфілов, В.Ю.Дирда Теорія електричного з’вязку.
3. Цифровые и аналоговые системы передачи: Учебник для вузов/ В.И. Иванов и др.-М.: Горячая линия, 2003.-232с.:ил.
4. Кабельно-линейные сооружения связи. Под редакцией Н.З.Хакимова. М.1973.

1. Частотна залежність електромагнітних зв’язків.

У кабельних ланцюгах необхідно враховувати всі чотири первинних параметри впливу (g, k, r, m), причому їх співвідношення і питома значимість змінюються залежно від частоти переданих сигналів. На рис.1 наведена частотна залежність процентного співвідношення різних видів зв’язків всередині четвірки.

Рисунок 12.1 Процентне співвідношення електромагнітних зв’язків всередині четвірки

Із графіка рис. 1 випливає:

- в області НЧ (тональний спектр) домінують ємнісні зв’язки , інші складові зв’язків у цьому діапазоні пренебрежимо малі;

- зі зростанням частоти збільшується питомий внесок магнітного впливу і, починаючи приблизно з 35 кГц, індуктивний зв’язок стає рівною ємнісному зв’язку ;

- активні зв’язки і практично рівні нулю на постійному струмі і НЧ, в області ВЧ істотно зростають. Тут у середньому співвідношення активних і реактивних складових зв'язків становить ;

- між індуктивними і ємнісними зв’язками в кабелях існує співвідношення .

Для кабелю зіркової скрутки

= 165 ... 170 Ом і

m/k = (25000 ... 30000) Гн/Ф,

За відомим значенням k, який приводиться в технічних умовах на кабелі зв'язку, легко знайти значення m. Наприклад, якщо k = 15 пФ на будівельну довжину кабелю, то

нГн/сд.

У тональному діапазоні частот (0,3...3,4 кГц) значення активних складових електромагнітних зв’язків (g і r) мало в порівнянні з реактивними (рис. 1). а ємнісний зв’язок на частоті 1 кГц приблизно в 10 разів перевищує магнітну внаслідок великого значення Ом. Тому на будівельній довжині НЧ кабелів електромагнітні зв’язки на ближньому і дальньому ВЧ кінцях кабелю виявляються приблизно однаковими і рівні .

Якщо в області НЧ досить враховувати лише ємнісний зв’язок, то при ВЧ передачі по кабелях необхідно рахуватися з усіма складовими зв’язків. На рис. 2 наведено характерний варіант співвідношення електричних і магнітних зв’язків між ланцюгами повітряних (ПЛЗ) і кабельних (КЛЗ) ліній.

а

б

Рисунок 2 Вектори і між ланцюгами ПЛЗ а і КЛЗ б

У всіх випадках електромагнітний зв’язок на ближньому кінці більше, ніж на дальньому . У повітряних ліній зв’язку з відсутністю активних складових кут у вектора дорівнює 0. А у = . У кабельних лініях кути електромагнітних зв’язків різні, причому як правило кут вектора більше ніж у .

Розглянемо частотну характеристику векторів електромагнітного зв’язку. Таку характеристику, зображену на комплексній площині, називають годографом. Годографи електромагнітного зв’язку на ближньому і дальньому кінцях наведено на рис. 3, а і б відповідно. Як видно з графіків, б електромагнітний зв’язок на ближньому кінці змінюється по спіральній лінії, а на дальньому кінці - майже за лінійним законом. У реальних умовах коефіцієнти загасання зазвичай однакові (), а ось коефіцієнти фази відрізняються () з-за різних кроків скрутки, крім того, позначається вплив сусідніх кіл. Тоді для дальнього кінця отримаємо різні значення електромагнітних зв’язків при зміні місцями ланцюгів що впливають один на одного. Це явище називається ефектом перестановки.

Рисунок 3 Годографи електромагнітних зв’язків на ближньому а і дальньому б кінці ланцюга.

2. Залежність перехідного загасання від частоти і довжини лінії

У повітряних лініях зв’язку і симетричних кабелях із збільшенням спектру переданих частот зростає взаємний вплив між ланцюгами, і відповідно зменшуються перехідне загасання і захищеність, рис. 4, а. Перехідне загасання зменшується за законом . Це пояснюється тим, що зі зростанням частоти збільшуються значення електричної та магнітної зв'язків (і ), оскільки їх реактивні складові прямо пропорційні частоті . Сутність цього явища полягає в тому, що зі збільшенням частоти змінюються електричні і магнітні поля, які утворюються навколо впливаючого ланцюга, тому більш інтенсивна перешкода індуктується в ланцюзі, схильного до впливу (якщо , , і , і ) .

Рівняння для розрахунку впливу на повітряних і кабельних лініях зв'язку ідентичні, тільки у випадку повітряних ліній фігурують параметри і l, а кабельних - і . Така відмінність викликана тим, що в кабелях складання впливів з окремих будівельних довжин відбувається за середньоквадратичним законом і сумуються абсолютні значення струмів перешкод без обліку фазових співвідношень. Для ПЛЗ перешкоди підсумовуються з урахуванням фазових співвідношень.

Рисунок 4 Залежності перехідного загасання від частоти а і довжини лінії б

Перехідне загасання на дальньому кінці більше, ніж на ближньому , так як на ближньому кінці електричні та магнітні зв’язки підсумовуються (), а на дальньому кінці - віднімаються (). Залежності перехідного загасання і захищеності від довжини лінії показані на рис. 4, б.

Перехідне затухання на ближньому кінці зі збільшенням довжини лінії спочатку зменшується, а потім стабілізується. Це пояснюється тим, що, починаючи з певної довжини, струми перешкод з віддалених ділянок приходять настільки слабкими, що практично не збільшують взаємного впливу між ланцюгами і значення залишається постійним.

Захищеність від взаємних перешкод , ПЛЗ зі збільшенням довжини лінії зменшується за законом , а для кабельних ліній зв’язку - згідно із законом . Фізично це пояснюється тим, що зі збільшенням довжини лінії збільшується взаємний вплив між ланцюгами..

Перехідне загасання на дальньому кінці змінюється відповідно до виразу . До деякої довжини лінії превалює значення , яке з ростом l зменшується - тому спочатку має спадаючий характер, а з деякого граничного значення довжини l зростає внесок власного загасання ланцюга і значення , різко збільшується.

Розглядаючи закономірність зміни , можна відзначити, що зі збільшенням довжини лінії збільшується число ділянок впливу і слід очікувати зростання взаємних перешкод. Проте, зі збільшенням довжини струми перешкод зменшуються, так як подовжується шлях їх проходження і росте власне загасання ланцюга.

Контрольні питання і завдання

1. Вимірами встановлено, що потужність сигналу на вході впливаючого кола дорівнює 1 мВт, потужність завади на вході ланцюга, схильного до впливу, дорівнює 10 мкВт, а потужність завади на виході ланцюга схильного до впливу дорівнює 1 мкВт. Визначте величину перехідного загасання на ближньому кінці.

2. У результаті вимірів встановлено, що потужність сигналу на вході впливаючого кола дорівнює 1 мВт, потужність сигналу на виході впливаючого кола дорівнює 100 мкВт, потужність завади на вході ланцюга, схильного до впливу, дорівнює 10 мкВт, а потужність завади на виході ланцюга схильного до впливу дорівнює 1 мкВт . Визначте величину перехідного загасання на дальньому кінці.

3. У результаті вимірів встановлено, що потужність сигналу на вході впливаючого кола дорівнює 1 мВт, потужність сигналу на виході впливаючого кола дорівнює 100 мкВт, потужність завади на вході ланцюга, схильного до впливу, дорівнює 10 мкВт, а потужність завади на виході ланцюга схильного до впливу дорівнює 1 мкВт . Визначте величину захищеності.

4. Що описує співмножник , у виразі для сумарного струму впливу в ланцюзі схильного до впливу на ближній кінець?

5. Що описує співмножник у виразі для сумарного струму впливу в ланцюзі схильного до впливу на дальньому кінці?

Фізичні процеси поширення електричної енергії (хвиль) у довгих лініях