Тема: Взаимные электромагнитные влияния между цепями кабеля и защита от электромагнитных влияний между цепями

Так как в конструкции сердечника входит несколько ВЧ- цепей, которые расположены в непосредственной близости друг от друга, между ними наблюдается сильное электромагнитное воздействие, которое приводит к появлению в соседних цепях посторонних токов, мешающих напряжений, которые накладываются на полезную информацию и искажают ее и в отдельных случаях приводят к невозможности организации связи и передачи сигналов управления. Для того чтобы знать как бороться с мешающими напряжениями и токами, необходимо уметь составлять расчетные модели, уравнения влияния одной цепи на другую и вести расчеты в спектре частот.

Введем некоторые понятия в этой области:

1) При рассмотрении электромагнитного влияния необходимо выделить:

а. влияющую цепь,

б. цепь подверженную влиянию.

Т.е. минимум 2 цепи.

При рассмотрении процесса влияния комплексное электромагнитное поле, которое существует между этими цепями условно разделяют на электрическую компоненту влияния и магнитную компоненту влияния и рассматривают их как бы отдельно друг от друга.

Чтобы рассматривать отдельно электрическое поле вводят мост электрической связи, а для рассмотрения магнитной компоненты вводят понятие мост магнитной связи.

В качестве элементов электрической связи принимают емкость и проводимость изоляции, а в качестве элемента магнитной связи принимают взаимную индуктивность и взаимное сопротивление.

Сердечник- многопроводная система, состоящая из нескольких четверок, пар, которые оказывают электромагнитное влияние друг на друга. Иногда влияние столь велико, что передача становится невозможной, следовательно нужно знать параметры электромагнитного влияния, рассчитывать токи и вырабатывать мероприятия по защите.

Получить расчетные формулы, которые позволяют рассчитать токи в цепи подверженной влиянию, для достижения постоянной цепи, необходимо:

1) Определить параметры электромагнитного влияния для электрической компоненты и магнитного компоненты влияния отдельно.

2) Составить физическую модель влияния одной цепи кабеля на другую.

3) На основании составленной физической модели составить математическую модель влияния, и на основании составленной модели получить расчетные формулы для токов и напряжений в цепи, подверженной влиянию.

4) Проанализировать зависимость токов во второй цепи от частоты (дать анализ).

1. Определить параметры электромагнитного влияния, при рассмотрении этого вопроса необходимо показывать 2 цепи: влияющую и подверженную влиянию.

За счет действия магнитного поля во 2-й цепи будет наводиться ЭДС.

Зная ток и напряжение можно определить параметр магнитного влияния:

Если рассматривать физический смысл Z ₁₂- он отражает тот факт, что за счет магнитных связей (индуктивных связей от действия тока влияющей цепи, в цепи подверженной влиянию возникает ЭДС, этот параметр комплексный):

На ряду с параметром магнитного влияния, между цепями действует электрическое влияние (емкостное влияние)- отношение тока во 2-й цепи к напряжению 1-й:

Физический смысл заключается в том, что за счет электрических (емкостных) связей между цепями во 2-й цепи (подверженной влиянию) возникает ток I2, который обязан своим происхождением напряжению 1-й цепи (влияющей).

Этот параметр также комплексный:

,где g₁₂- отражает изоляции между цепями (парами, четверками в кабеле)[См],

k₁₂- емкость между цепями,[Ом].

Для того чтобы уметь рассчитывать параметры электрического и магнитного влияния строят схемы мостов электрического и магнитного влияния, а для защиты от взаимного электромагнитного влияния стремятся сбалансировать указанные мосты электрической и магнитной связи.

Мост электрической связи

Исходя из определения параметра электрического влияния мост электрической связи будет состоять из проводимостей и емкостей.

Электрическое влияние обусловлено емкостью, за счет этих емкостей возникает ток во 2-й цепи.

Построим схему моста электрической связи.

Цепь 1-2- активная (влияющая) цепь.

цепь 3-4- пассивная (подверженная влиянию) цепь, подключается на волновое сопротивление Zв.

Если мост сбалансирован (наблюдается баланс), то во 2-й цепи отсутствует ток влияния. Для баланса моста существует целый комплекс технических мероприятий, которые выполняются при производстве кабеля и в эксплуатации кабельных магистралей.

Мост магнитной связи

Состоит из взаимных индуктивностей и взаимных сопротивлений, содержит также активную и пассивную цепь.

Магнитная связь- это трансформаторная связь (воздушная, без сердечника).

Магнитная связь на схеме показывается и проявляется через взаимное сопротивление и взаимную индуктивность m между всеми цепями четверки. В случае баланса моста во 2-й цепи будет отсутствовать наведенная ЭДС.

Балансировка этого моста достигается специальным параметром при производстве и эксплуатации кабельных магистралей.

В технике связи принято оперировать не параметрами электромагнитного влияния (Z1,2 и K1,2), а понятиями переходного затухания.

После составления мостов магнитной и электрической связи, составим физическую модель электромагнитного взаимодействия между 2-мя цепями.

На этой модели мы обязаны показать собственные параметры (коэффициент распространения g и Zв) и взаимные электромагнитные параметры и выделить влияющую и подверженную влиянию цепи.

Составим физическую модель взаимного электромагнитного влияния:

За счет электрического влияния во второй цепи (подверженной влиянию) возникают токи в начале и в конце цепи, направленные вниз (одинаково), за счет действия магнитных связей M1,2 (индуктивность) возникают токи, имеющие противоположные направления в начале и в конце 2-й цепи.

Необходимо определить полный ток влияния во 2-й цепи, за счет действия как электрического, так и магнитного влияния.

Для решения этой задачи необходимо знать как меняются тока в 1-й цепи от расстояния вдоль линии: тока и напряжения меняются по закону экспоненты:

- изменение напряжения и тока в 1-й цепи.

За счет наличия магнитной связи на каждом элементе (dx) участке длины линии возникает наведенная ЭДС, которая имеет обратный знак, относительно тока:

Под действием этой ЭДС во 2-й цепи возникает ток магнитного влияния:

- ток магнитного влияния.

За счет электрического (емкостного) влияния во 2-й цепи возникает ток на участке dx:

- получается из определения коэффициента электрического влияния, т.к. произведение тока 1-й цепи на Zв- 1-й цепи есть напряжение в 1-й цепи.

Ток электрического влияния разделяется на две части:

1-я часть направляется на ближний конец 2-й цепи,

2-я - на дальний конец.

Выражение для этих частей одинаковы, различия наблюдаются только в знаках:

-

к ближнему концу,

- к дальнему концу.

До этого момента электрические и магнитные процессы мы рассматривали отдельно.

В реальной цепи они действуют вместе, для определения нужно найти суммарный ток:

- на ближнем конце.

Для дальнего конца выражение подобно, различие только в знаках (вычитаются):

Для этого момента мы находим токи на бесконечно малом отрезке длине линии: dx.

Нас интересует полный ток влияния, т.е. мы должны просуммировать бесконечно малые токи по длине линии, взять интеграл по длине линии для нахождения полных токов влияния:

В подинтегральное выражение входят экспоненты и интеграл становится табличным:

Т.к. нам необходимо знать для нормирования переходного затухания, которое выражается через мощность и ток помех во 2-й цепи:

Лекция №7