При эксплуатации
радиоэлектронных систем на объектах связи возникает проблема, связанная с
электромагнитной совместимостью (ЭМС) кабелей связи. Электромагнитные влияния
(ЭМВ) – составная
часть вопросов ЭМС между цепями электрических кабелей, проложенных на объекте.
Вследствие ЭМВ снижается достоверность передаваемых сообщений, увеличивается
напряжение помех и повышается вероятность ошибочного приема символов. Ухудшение
этих качественных показателей приводит к уменьшению надежности функционирования
системы, что зачастую приводит к невыполнению задач, возложенных на объект
связи.
В
многопроводной линии связи (ЛС) одним из основных источников мешающих влияний
является электромагнитное поле. Цепь, являющаяся источником электромагнитного
поля, называется влияющей, а цепь, в которой возникают токи и напряжения помех
– подверженной влиянию.
При
рассмотрении взаимного влияния между двумя цепями ЛС необходимо учитывать и
наличие других цепей, которые принято называть третьими цепями. Под этим
понятием понимают многообразие физических и искусственных цепей, образуемых
соседними проводниками, включая экраны, металлические оболочки и землю [1].
Рис.1. Схема влияния между цепями в электрических кабелях
связи
Индексы 1,2,i присвоены влияющей, подверженной влиянию и
третьим цепям, а также их параметрам. На данном рисунке обозначены следующие
физические величины:
,
,
– напряжение в цепях влияющей,
подверженной влиянию и третьих цепях соответственно;
– волновое сопротивление цепи;
γ – коэффициент распространения цепи;
0 и l – координаты начала и конца линии.
Разработка математической модели электромагнитных процессов в
кабелях электрической связи сводится к решению уравнений Максвелла. Так как это
является довольно сложной задачей, переходят к решению телеграфных уравнений
для упрощения расчетов.
Полученные в ходе их решения уравнения влияния подразделяются
на две группы: описывающие непосредственное влияние между цепями (низкие
частоты), и уравнения, описывающие косвенное влияние через третьи цепи (высокие
частоты).
Косвенное влияние, в свою очередь, подразделяется в
зависимости от путей перехода электромагнитной энергии из влияющей цепи в цепь,
подверженную влиянию, на влияние, обусловленное двойным переходом энергии через
третьи цепи и влияние за счет тройного перехода через третьи цепи.
Относительно
передаточных функций влияния решение телеграфных уравнений записывается в виде [2]:
Здесь
и
–
передаточные функции влияния на ближний конец (БК) и дальний конец (ДК) при
непосредственном переходе энергии между двумя цепями;
и –
передаточные функции влияния на БК и ДК при непосредственном переходе энергии
между двумя цепями;
и 
–
коэффициенты передачи, характеризующие влияние через цепь ;
и
–
коэффициенты передачи, характеризующие двойной переход энергии через цепь 3 ;
и
–
передаточные функции, описывающие тройной переход энергии через тертьи цепи.
В
электрических кабелях связи электромагнитное влияние на ДК обусловлено в
основном непосредственным переходом энергии и косвенным влиянием через третьи
цепи при двойном переходе энергии.
Решением
уравнения (1) для амплитудно-частотной характеристики защищенности на дальний
конец является [3]:
(2)
Здесь
–
длина кабеля;
–
коэффициент электромагнитной связи, полученный экспериментально;
–
коэффициенты ослабления для выбранного кабеля;
–
параметр, зависящий от конструкции кабеля: его геометрическими параметрами,
емкостью и межпроводниковой индуктивностью цепей.
На
основании выражения (2) были построены графики защищенности для двух длин
кабеля UTP Cat5
(рис.2): 
=1000м
и 
=500м.
Рис.2. Графики 
для двух длин взаимовлияющих цепей
кабеля
Из рис.2 следует, что с
увеличением длины кабеля снижается защищенность на монотонно убывающем участке
и первый экстремум снижается в более низкочастотную область. Экстремумы данной
функции определяются параметром 
, изменяя который путем выбора шагов
скрутки, геометрических параметров и типом изоляции цепей можно добиться
требуемого значения защищенности на дальнем конце.
Ниже представлен график для различных значений параметра (рис.3).
Рис.3. Графики для различных значений кабеля UTP Cat5
Из
рисунка 3 следует, чем больше значение , тем в более низкочастотной области
находится первый экстремум функции и тем выше защищенность цепей кабеля
от взаимного влияния.
Таким образом, были проведены исследования электромагнитных
влияний на ДК в зависимости от разницы во времени задержки распространения
сигнала во взаимовлияющих цепях, а также от длины линии. Анализ графиков с
применением предложенных аналитических соотношений показал, что изменение з носит волнообразный характер.
Графики 
имеют монотонный спад в относительно
низкочастотной области, соответствующий 6 дБ/окт, обусловленный преобладанием
нерегулярной составляющей электромагнитной связи. С ростом частоты появляются
осцилляции, вызванные суммированием влияний, обусловленных регулярной
(равномерно распределенной) составляющей электромагнитных связей.
СПИСОК
ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Андреев В.А. Временные характеристики кабельных линий связи. – М.: Радио и
связь,1986. – 104 с.
2.
Самойлова Н.А. Исследование параметров взаимного влияния кабелей локальных
сетей, имеющих нерегулярную конструкцию// Электросвязь. – 1999. – № 6.
3. Андреев В.А., Андреев Р.В, Попов В.Б.
Электромагнитные влияния между цепями кабелей внутриобъектовой связи и
широкополосного доступа (Издание второе, исправленное и дополненное):
Монография. — Самара.: ФГБОУВО ПГУТИ, 2017. – 271 с.
