Конспект лекций по НСС (1). Конспект лекций по учебной дисциплине направляющие системы связи По специальности (направлению подготовки) 11. 03. 02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи

• Название: Конспект лекций по учебной дисциплине направляющие системы связи По специальности (направлению подготовки) 11. 03. 02 Инфокоммуникационные технологии и системы связи
• Дата: 15.05.2023
• Размер: 2.55 Mb.
• Имя файла: Конспект лекций по НСС (1).pdf
• Тип: Конспект лекций; #1133412
• страница: 8 из 11

1
2
3
4
I
2П
(

)
U
1
(

)

1
2
3
4
E
2П
( )
I
1
( )


Вводится понятие магнитная связь
12
(
, )
M
j
l

– это отношение ЭДС помехи
2
( )
Ï
E

к току в первой цепи, вызывающего эту помеху.
2 12 12 1
1
( )
(
, )
(
)
( )
Ï
E
M
j
l
r
j m
ñì
I







12
r
– активная составляющая магнитной связи обусловленная ассиметрией потерь в проводниках на вихревые токи.
1
m
– реактивная составляющая магнитной связи обусловленная ассиметрией частичных индуктивностей проводов симметричных цепей.
Для однородных цепей вводится понятие коэффициент магнитной связи:
12 12
(
, )
(
)
(
/
)
M
j
l
M
j
Î ì
êì
l



У электрической и магнитной связи разные размерности, поэтому для совместного рассмотрения действия магнитного и электрического полей их приводят к одной размерности умножая и деля на волновые сопротивления цепей.
Вводится понятие
12
( )
k


12 12 1
1 2
( )
(
)
B
B
k
g
j k Z Z
Î ì





12 1
12 1
2
( )
B
B
rL
j m
M
Ñì
Z Z





Наиболее удобным является переход к безразмерным значениям электрической и магнитной связи, которая получится при умножении или делении на
2 1
B
B
Z
Z

12 12 1
1 2
( )
(
)
B
B
k
g
j k
Z Z





12 12 1
1 2
1
( )
(
)
B
B
M
r
j m
Z Z





Рассмотрим эквивалентную схему действия электрической связи. Представим влияющую и подверженную влиянию цепи через мост частичных проводимостей изоляции и частичных емкостей
Условием баланса моста является равенство нулю суммы частичных проводимостей изоляции и емкостей противоположных плеч моста.

 

0 14 23 24 13




C
C
C
C

 

0 14 23 24 13




g
g
g
g

 

14 23 24 13 1
C
C
C
C
k





 

14 23 24 13 12
g
g
g
g
g




Чем больше разбалланс емкостей, тем больше
1
k
. Чем больше разбалланс асимметрии активной составляющей, тем больше g.
С учетом того, что ёмкостные связи существуют не только между проводниками цепи необходимо учитывать не только реактивную составляющую
1
k
, но и
2
k
и
3
k
, которые характеризуют ассиметрию ёмкостей относительно искусственной или фантомной цепи.
I/II

 

14 23 24 13 1
C
C
C
C
k




I/иск

 

24 23 14 13 2
C
C
C
C
k





II/иск

 

24 14 23 13 3
C
C
C
C
k




40 30 20 10
C
C
C
C



- баланс моста.
Для магнитной связи тоже можно составить мост частичных потерь на вихревые токи и частичных индуктивностей проводников влияющей и подверженной влиянию цепей.
Условие баланса:
M
13
+M
24
=m
24
+m
23.
Степень разбалансировки моста:
m
1
=(m
13
+m
24
)-(m
14
+m
23
).
Степень разбалансировки моста по вихревым токам
r
12
=(r
13
+r
24
)-(r
14
+r
23
)
M
12
(i )=r
12
+i  m
1
– коэффициент магнитной связи.
K
12
(i )=g
12
+i  k
1
– коэффициент электрической связи.
r
12,
g
12,
m
1,
k
1 _
- первичные параметры влияния симметричной цепи.
Первичные параметры влияния в строительных длинах симметричных кабелей.

В общем случае необходимо учитывать все 4 параметра. Их соотношение и значимость меняется в зависимости от частоты.
100 100 75 50 25 20 40 60 80
%
B
KZ

B
m
Z

B
r
Z
B
gZ
Выводы:
В области частот, соответствующих симметричным низкочастотным кабелям (0- 10кГц), активные составляющие r
12
, g
12 по сравнению с
ёмкостной составляющей K
1
. Индуктивная составляющая М в этом диапазоне также мала. Поэтому в НЧ симметричных кабелях нормируют и учитывают только ёмкостную составляющую K
1
, а остальными составляющими пренебрегают.
С возрастанием частоты возрастает магнитная связь и, начиная с 30 кГц, электрическая и магнитная связи становятся соизмеримыми. При том соблюдаются следующие соотношения:g
12
=(0.1…0.15)K
1 r
12
=(0.2…0.4)m
1 на ВЧ кабелях.
Связь между ёмкостными и магнитными составляющими: m
1
/K
1
=Z
B
2
В ВЧ симметричных кабелях на частоте больше 10 кГц необходимо учитывать полную электромагнитную связь, то есть все 4 первичных параметра влияния.
При этом электромагнитная связь представляет собой вектор на комплексной плоскости, определяющей суммарное действие помех с учётом амплитуды и фазы. Строительные длины симметричных кабелей обычно составляют 850м. И при использование таких кабелей с ВЧ системами передачи не выполняется условие:lсд</4.
Это делает невозможным раздельное изменение электрического и магнитного поля на рабочей частоте, так как для изменения коэффициента электрической связи во влияющей цепи необходимо обеспечить

режим холостого хода, а при изменении коэффициента магнитной связи во влияющей цепи необходимо обеспечить режим короткого замыкания. Для выполнения условия lсд</4 независимо от режима в конце влияющей цепи
(холостой ход или короткое замыкание) цепь должна быть нагружена на волновое сопротивление. Тесть первичные параметры влияния на строительной длине и более измерить невозможно. На строительной длине можно измерить только коэффициент электрической связи K
1
,так как ёмкость от частоты не зависит. Поэтому кроме коэффициента ёмкостной связи основными нормируемыми параметрами взаимных влияний являются вторичные
параметры влияния A
0
(), A
i
(),A
3
().
В симметричных кабельных цепях изменение фазы влияющего тока помех происходит случайным образом. Поэтому учитываются среднеквадратические значения токов помех, которые суммируются с отдельных строительных длин, составляющих линию.
Для ВЛС можно определить изменение фазы помех по всей длине линии Таким образом, для СК основным параметром передачи является , а для ВЛС 
(+i).
2 2
2 1 . .
2. . .
3 . .
Ï
ñ ä ï
c ä ï
c ä ï
I
I
I
I




8.2 Взаимные влияния в коаксиальных цепях
КЦ идеальной конструкции не имеют внешнего электромагнитного поля, и находящиеся рядом КЦ идеальной конструкции не влияют друг на друга. В действительности КЦ подвержены взаимному влиянию из-за появления продольной составляющей электрического поля на поверхности внешнего проводника EZ=EC=UC. Эта составляющая возникает в следствии неидеальной проводимости материала внешнего проводника, т.е. при протекании рабочего тока по внешнему проводнику возникает падение напряжения на внешней поверхности внешнего проводника.
Рассмотрим схему взаимного влияния двух коаксиальных пар.

Выводы:
Между КЦ отсутствуют непосредственные влияния, и действует только косвенное влияние через третью цепь образованную внешними проводниками коаксиальных пар.
Между КЦ отсутствует электрическая связь, действующая в симметричной цепи, и существует только магнитная связь за счет взаимодействия внешних проводников коаксиальных пар.
В следствие отсутствия электрической составляющей взаимных влияний не будет взаимокомпенсации взаимных помех на дальнем конце линии от электрической и магнитной составляющей.
Чем больше действующее напряжение на поверхности внешнего проводника влияющей цепи, тем больше будет IП. За счет эффекта самоэкранирования, с ростом частоты уменьшается EZ на поверхности внешнего проводника, следовательно, уменьшается взаимное влияние.
В отличии от симметричных цепей в КЦ с ростом частоты помехозащищенность увеличивается, а взаимное влияние уменьшается.
На очень высоких частотах EZ на поверхности внешнего проводника стремится к нулю. При этом влияние между цепями зависит от конструкции внешних проводников, их взаимного расположения, а также материала внешних проводников. Чем дальше расположены коаксиальные пары друг от друга, чем толще внешний проводник, и выше его проводимость тем меньше взаимные влияния.
Увеличение диаметра внешнего проводника приводит к повышенному расходу дефицитной меди, а удаление коаксиальных пар друг от друга к увеличению конструктивных размеров КК. Поэтому в реальных конструкциях коаксиальных пар на поверхности внешнего проводника размещают 2 стальные ленты, обладающие повышенной магнитной проницаемостью. В следствие этого возрастает действие вихревых токов к эффекту самоэкранирования и уменьшению составляющей EZ.

Количественно влияние одной цепи на другую оценивается первичным параметром влияния коаксиальных цепей, который называется сопротивлением связи.
Ом
w
I
w
E
w
I
w
U
w
Z
Z
C
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
1 2
1 12


Zпр(w) – полное продольное сопротивление цепи.
t
- толщина внешнего проводника.
k
- коэффициент вихревых токов.

- удельная проводимость внешнего проводника.
kt
j
sh
k
j
R
R
w
Z
c
b


2 1
)
(
12

3 22 11 21 12 13 21 12 12
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
jwL
w
Z
w
Z
w
Z
w
Z
w
Z
w
Z
w
Z
w
M
kk




Определяя через магнитную связь для тока помех во 2й цепи можно перейти ко вторичным параметрам влияния.
)
2
exp(
1
)(
(
)
(
)
(
4
lg
20
)
(
)
(
lg
20
)
(
2 12 3
20 10 0
l
w
Z
w
Z
w
Z
w
I
w
I
w
A
B
П





дБ
l
w
l
w
Z
w
Z
w
Z
l
w
Z
e
w
Z
w
Z
w
A
B
l
B
l
)
(
)
(
)
(
)
(
2
lg
20
)
(
)
(
)
(
2
lg
20
)
(
2 12 3
2 12 3





Зависимость вторичных параметров влияния
симметричной и коаксиальной цепи от частоты и длины линии.
Z
пр
(

)
Z
пр
(

) f
R
0

В симметричной цепи с ростом частоты вторичные параметры уменьшаются, а в коаксиальной цепи наоборот возрастают.
A
0
A
l
КЦ
A
l
A
0
СЦ
A
f
Так как в коаксиальной цепи отсутствует взаимокомпенсации электрических и магнитных помех на дальнем конце, то A
l
В СЦ за счет взаимокомпенсации помех на дальнем конце от электрической и магнитной составляющей, то A
l
>A0.
)
(
4
lg
20 12
N

А
0
ℓ
ω
A
Особенностью частотной зависимости A0 является колебательно асимптотический характер кривой, особенно на низких частотах.
Это обусловлено тем, что помеха приходит на ближний конец 2й цепи с разными фазами в зависимости от частоты и длины волны, что приводит к волнообразному характеру изменения А0. Аналогичный характер будет и для длины линии.
В зависимости от длины линии приходящие токи помех будут иметь разную фазу, а значит и A0 будет иметь волнообразный характер, особенно в начале графика.
Защищенность с возрастанием длины линии уменьшается из-за суммирования токов помех с каждого участка лини. Чем длиннее линия, тем больше действуют помехи, тем меньше защищенность.

A
0
(ω)=const l
A
0
A f
A
l
A
0
A
3
Симметричная цепь
Коаксиальная цепь
Независимо от того СЦ или КЦ графики вторичных параметров от длины линии l
A
A
l
A
0

A
3 8.3 Взаимные влияния в волоконно-оптических кабелях.
Взаимные влияния между ОВ ВОК обусловлены следующими причинами: за счет взаимодействия электромагнитных полей соседних оптических волокон; взаимодействие отраженных от неоднородностей световых сигналов соседних оптических волокон; взаимодействие электромагнитных волн излучаемых при макро- и микроизгибах оптических волокон в структуре оптического кабеля.
Конструктивно в оптических волокнах эти факторы учтены, поэтому диаметр сердцевины ОВ намного меньше диаметра оболочки, а свыше 90% всей энергии распространяется по сердцевине, кроме того оптические волокна имеют слабо прозрачные защитные покрытия, препятствующие выходу света за пределы ОВ, причем с возрастанием длины волны, передаваемой по ОВ, а также с уменьшением радиуса сердцевины глубина проникновения света в оболочку возрастает. Существенную роль играет спектральный состав источника излучения. Чем шире спектр излучения, тем большая часть энергии переходит в оболочку и влияет на соседние ОВ, поэтому лазерный диод предпочтительней.
Вторичные параметры влияния в ОК в общем виде записываются как и для электрических кабелей связи, подробные аналитические выражения для ОК в силу сложности процессов взаимодействия ОВ получить не удается, поэтому в основе оценки взаимных влияний лежат экспериментальные исследования с использованием измерительных приборов, позволяющих оценивать уровни

сигнала и помехи. Теоретические исследования идут с помощью ЭВМ, это позволило получить приемлемые значения по погрешности. Для практики достаточно пространственного разделения ОВ между собой для получения приемлемых значений по помехозащищенности.
8.4 Нормирование параметров взаимных влияний
Для электрических кабелей связи (ЭКС) нормирование осуществляется по технологическим и сдаточным параметрам.
Технологические параметры- исходные компоненты линий (диаметры проводников, толщина изоляции, первичные параметры влияний, неоднородности по длине линии). Сдаточные – результирующее значение уровня взаимных влияний на длине ЭКУ. Основными сдаточными параметрами будут: значения переходных затуханий на ближнем и дальнем конце линии.
Для симметричных цепей в основу нормирования положена длина ЭКУ наиболее распространенной в свое время системы К-60П.Для нее lэку=20км. На эту длину нормируются сдаточные параметры симметричных цепей. Так как для коаксиальных цепей существуют только технологические меры повышения помехозащищенности (экранирование) в процессе строительства и монтажа коаксиальных линий повысить помехозащищенность за счет строительно- монтажных мер не удается, значит для КЦ сдаточные параметры нормируются на строительную длину 0,5км.
Для ЦСП сдаточные параметры нормируются на полутактовой частоте, так как наибольшая часть энергии передается в области полу тактовых частот на длине
ЭКУ (независимо от цепи: СЦ или КЦ). Для большинства ЦСП А3 нормируется в пределах от 12 до 40 дБ в зависимости от канальности СП.
ИКМ-480 12 дБ
ИКМ-120 27 дБ
ИКМ-30 40 дБ
Нормы на параметры взаимных влияний для СЦ:
А3уу=73,8 дБ
Аlуу=73,8+l
Для двухпроводных схем организации связи нормы линии жесткие:
дБ
A
уу
l
8
,
60
,
3

l
A
уу
l



8
,
73
,
0
Нормы на параметры взаимных влияний для КЦ:
)
140
(
110 3
дБ
дБ
A
д
с

)
6
,
108
(
3
,
90 3
дБ
дБ
A
д
с

– малогабаритные

l
A
A
д
с
l



3
Если нормы не выполняются, то для КЦ остается лишь один фактор повышения помехозащищенности – изменение рабочей полосы частот.
Для повышения помехозащищенности симметричных кабельных цепей используется комплекс мероприятий называемый симметрированием.
Лекция №9
Внешние влияния на НСЭ
9.1 Источники внешних электромагнитных влияний. Опасные и мешающие влияния на цепи связи.
Особенностью внешних источников влияний является их значительное удаление от ЛС по сравнению с источниками взаимных влияний и большая интенсивность воздействующего электромагнитного поля на сравнительно небольшой участок ЛС. По степени опасности внешних влияний все источники подразделяются: опасные мешающие
Если под действием внешнего источника в ЛС возникает напряжение более 36
В, которое может привести к повреждению ЛС и поражению током обслуживающего персонала, то такие источники называются опасными.
Если в линии связи наводят напряжение менее 36 В, то они проявляют себя в виде помех, ухудшающих качество связи. Такие источники – мешающие.
В обоих случаях внешние источники могут оказать Электрическое, магнитное, гальваническое влияния. Рассмотрим опасное влияние ЛЭП, при этом существенную роль будет играть ЛЭП и ЛС.
2 1
a
a
a
Э

пересечение параллельное косое
ВВЛ
ЛС

С помощью монограмм находят величину магнитной связи M12. Далее рассчитывают величину ЭДС, наведенной в ЛС.
lS
I
wm
E
1 12

,



1 12
i
i
i
i
pi
m
S
l
I
w
E
M
р
тр
об
S
S
S
S
S 
Рассчитанное значение ЭДС сравнивают с допустимым значением U между жилой и оболочкой кабеля. Должно выполнятся условие:
об
доп
E
E

- не требуется дополнительных мер защиты.
В качестве мер защиты могут использоваться дополнительные металлические тросы, кабели с улучшенными экранируемыми свойствами, индукционные трансформаторы, включенные в цепь кабеля.
Трансформатор усиливает магнитную связь между сердечником и оболочкой за счет чего повышается экранировка продольными токами. Это уменьшает коэффициент защитного действия до значения менее 0,1.
Их недостаток это большая материалоемкость.
Разряды молний попадая в трассу кабельной линии приводят к разрушению кабеля.
Молнии:
U=(100…1000) MВ
I=10000…200000A t=5…100 мкс n=1…30
T=0,3…0,5c

d
кан
=3…60см
Очевидно, что прямой удар молнии не выдержит ни один кабель. Даже близкие разряды молнии приводят к повреждению кабеля за счет втекания тока молнии в оболочку, т.е. по закону Ома ток будет стремиться по пути наименьшего сопротивления, а у кабеля сопротивление меньше чем у грунта.