РОЗДІЛ 8. ОСОБЛИВОСТІ ПЕРЕДАВАННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ЕНЕРГІЇ ПРОВОДОВИМІІ ЛІНІЯМИ ЗВ'ЯЗКУ

8.1. БАГАТОПРОВОДОВІ НЕОДНОРІДНІ ЛІНІЇ ЗВ'ЯЗКУ

Передавання сигналів неоднорідними лініями зв'язку. В попередньому розділі було розглянуто теорію однорідних двопроводових ліній. Точно кажу­чи, на практиці таких ліній немає. По-перше, при виготовленні кабелю завжди має місце деяка неоднорідність конструктивних параметрів (діаметр проводів не залишається чітко постійним, змінюється віддаль між проводами і т.ін.). По-друге, електричні параметри матеріалів не є постійними за обсягом. По-третє, кабельна лінія складається з будівельних довжин. У місцях з'єднання будівельних довжин також виникають неоднорідності. Нарешті, лінія рідко буває двопроводовою. Звичайно лінії багатопроводові. Так, на опорах розмі­щується кілька пар дротів, а кабель зв'язку, як правило, багатопарний. У зв'язку з цим умови передавання сигналів в однорідній лінії суттєво відрізняю­ться від умов, що існують у реальних лініях.

Як правило, кожну неоднорідну лінію можна поділити на однорідні від­різки. Кожний відрізок має власний хвильовий опір. Таким чином, неоднорі­дна лінія являє собою каскадне з'єднання неузгоджених чотириполюсників. У кожній точці неузгодженості виникає відбита хвиля. Процес поширення енергії в неоднорідній лінії поданий на рис. 9.1, з якого видно, що крім основного потоку енергії виникають зворотний та попутний потоки. Попут­ний потік, що додається до основного, призводить до виникнення спотворень форми сигналу.

Взаємні впливи в лініях зв'язку. У багатопроводових лініях зв'язку при передаванні енергії виникає взаємний вплив між провідниками. Дійсно, при передаванні енергії одним проводом навколо нього виникає електромаг­нітне поле. Другий провід знаходиться в цьому полі, тому в ньому внаслідок індукції вини­кає струм, який є зава­дою. Наявність взаємно­го впливу значно ускладнює прийманнясигналів. На рис. 9.2 схематично показано вплив між двома елект­ричними колами, утворе­ними проводами.

Кількісно взаємний вплив характеризується перехідним ослабленням. Розрізняють перехідне ослаблення за потужністю на ближньому та дале­кому кінцях лінії зв'язку.

Нехай повна потужність, що дає генератор, дорівнює . Потужність сигналу на навантаженні позначимо . Деяка частина потужності попаде в коло, що зазнає впливу на його ближ­ній кінець, а - на далекий. Тоді перехідне ослаблення за потужністю, дБ, на ближ­ньому кінці

,

а на далекому

.

Крім перехідного осла­блення для оцінки якості приймання використовують також параметр - захищеність від завад, дБ, яка розраховується як лога­рифм відношення потужності сигналу і завади в кінці лінії:

. (9.1)

Цілком зрозуміло, що чим більше перехідне ослаблення чи захищеність від завад, тим кращі умови приймання сигналів.

Слід відзначити, що в проводовому зв'язку, як правило, задають не по­тужності сигналів і завад, а їх рівні (див. § 2.7). Тому перехідне ослаблення і захищеність від завад розраховуються не як логарифм відношення, а як різниця відповідних рівнів, адже логарифм частки дорівнює різниці логари­фмів. При використанні поняття рівня розрахунки рівня сигналу у будь-якій точці лінії досить прості:

(9.2)

де - рівень сигналу на вході лінії, дБ; - ослаблення ділянок лінії, дБ. Наприклад, рівень сигналу на виході лінії з ослабленням , дБ, буде

, (9.3)

тобто рівень сигналу на виході лінії менший за рівень на вході на величину ослаблення. Формули (9.2) і (9.3) вважаються одними з основних у техніці проводового зв'язку.

Приклад 9.1. Визначити захищеність сигналу на далекому кінці лінії, якщо рівень при­йнятого сигналу , а рівень перехідної завади .

Якщо використати формулу (9.1) і поняття рівень, то знаходимо .

Особливості впливу між проводами в коаксіальних і симетричних кабелях. Слід відзначити, що вплив між проводами в симетричних і коаксі­альних кабелях фізично істотно різній.

Для повітряних ліній і симетричних кабелів перехід енергії з одного про­воду на другий обумовлений електромагнітним полем, що виникає навколо проводу зі струмом. Силові лінії електромагнітного поля впливаючого проводу (Е і Н) частково охоплюють суміжні проводи (що зазнають впливу) і індуку­ють у них ЕРС і струм завад. Із підви­щенням частоти сигналу зростає швид­кість зміни електромагнітних силових ліній і тому зростає взаємний вплив між проводами (криві / на рис. 9.3).

Коаксіальна лінія належить до ек­ранованих ліній. Нагадаємо, що під екрануванням будь-якого пристрою розуміють його захист від різних видів випромінювання за допомогою екрана (французького ecran - ширма), що поглинає чи відбиває випромінювання. Екраном у коаксіальній лінії є зовніш­ній провідник, що не пропускає електромагнітне поле ззовні. Тому коаксі­альна лінія не має зовнішніх поперечних складових електромагнітного поля. Вони замикаються всередині кабелю між внутрішнім та зовнішнім провідни­ками і впливу на другі кола не чинять. Взаємний вплив між коаксіальними лініями обумовлено тільки поздовжньою складовою електричного поля , яка направлена вздовж осі лінії. Ця складова утворюється струмом, що протікає зовнішньою поверхнею внутрішнього провідника коаксіальної лінії через ефект близькості внутрішнього і зовнішнього провідників лінії (струм "витискується" на поверхню). Поверхневий струм впливаючого кола замика­ється через зовнішній провідник кола, що зазнає впливу. Створюється проміжне (третє) коло, і струм, що протікає в ньому, викликає взаємний вплив у коаксіальних лініях (рис. 9.4).

Норми завадозахищеності в лініях. У сучасних системах зв'язку проводовими лініями передаються різні первинні та модульовані сигнали, через те якісь однакові норми на завади і спотворення сигналів у лініях установити важко. Адже при прийманні різних сигналів завади і спотворення по-різному впливають на них. Так, наприклад, для нормального передавання цифрових і телевізійних сигналів величина попутного потоку не повинна перевищувати 1% від основного, при передаванні телефонних сигналів можна допустити й більші значення попутного потоку.

Особливе значення при виборі рівня сигналу в багатопроводових лініях має перехідне ослаблення. Спостерігається цікава закономірність. При збіль­шенні рівня сигналу в одній парі проводів для підвищення якості неминуче збільшується рівень взаємних завад в інших проводах. Зрозуміло, що для одержання тієї ж якості необхідно і в цих проводах підвищити рівень сигналу. А це в свою чергу призведе до відповідного зростання взаємних завад у першій парі проводів і зниження якості. Утворюється "зачароване" коло.

Отже, підвищенням рівня сигналу неможливо компенсувати взаємні за­вади в багатопроводових лініях. Для одержання якісного зв'язку тут необхід­но приймати заходи для зниження взаємного впливу до визначених норм. Таких заходів розроблено досить багато, і вони детально розглядаються в курсі "Лінійні споруди зв'язку". Як найбільш використовувані можна назва­ти: схрещення повітряних ліній, скручення, екранування і симетрування кабельних ліній. Якщо норми на перехідне ослаблення не можуть бути виконані для двопроводових ліній, то переходять до чотирипроводових, в яких передавання і приймання сигналів абонентів провадяться різними двопроводовими лініями.

Розглянемо, наприклад, норми на канал тональної частоти (ТЧ) зі сму­гою 300-3400 Гц, що використовується для передавання розмовних сигналів у телефонних мережах. У каналі ТЧ розрізняють такі завади:

теплові шуми опорів, кабелів, підсилюючих пристроїв;

нелінійні шуми, що виникають через нелінійність ВАХ апаратури тракту;

лінійні переходи, що обумовлені електромагнітним зв'язком між прово­дами і які створюють зрозумілі та незрозумілі перехідні розмови.

За нормами МККТТ середня потужність всіх завад у каналі ТЧ не по­винна перевищувати 10000 пВт у точці з нульовим відносним рівнем в еталонному колі довжиною 2500 км. Це відповідає псофометричній напрузі завади 1,1 мВ. З указаної норми 7500 пВт відводиться на лінію з підсилюва­чами (в середньому 3 пВт на 1 км), решта - на кінцеві та транзитні пристрої. Розподіл завад лінійного тракту, %, у симетричних і коаксіальних кабелях істотно різний (табл. 9.1).

Поиск по сайту: