Свойства неоднородных линий

Проведённый выше анализ процессов и явлений в симметричных и коаксиальных цепях предполагал однородность линии. Однородная линия имеет постоянные электрические характеристики на всём протяжении, она нагружена на концах сопротивлениями, равными волновому . В этом случае отраженных электромагнитных волн нет и вся передаваемая энергия полностью поглощается приёмником, электрические процессы в линии точно описываются уравнениями (3.1, 3.2), а затухание линии определяется её собственным затуханием.

При изготовлении кабелей вследствие не совершенства технологии возникают различные дефекты: деформации изоляции, проводников, отклонения диаметров проводников и толщины изоляции от номинальных значений, эллиптичность проводников в коаксиальной паре, их несоосность и др. Вследствие этого кабель становится неоднородным по длине, изменяются его параметры, линия становится неоднородной. Однородность линии определяется постоянством волнового сопротивления по длине линии. Мерой неоднородности линии является коэффициент отражения p в месте сосредоточенной неоднородности (рис. 5.6).

 

 

 

Рисунок 5.6 – Схема однородной (а) и неоднородной (б) линии

 

. (5.31)

В неоднородной линии появляются отраженные волны, которые искажают характеристику собственного волнового сопротивления линии. Теперь линия характеризуется входным сопротивлением, характер которого приведен на рис. 5.7.

 

 

 

Рисунок 5.7 – Частотная зависимость входного сопротивления цепи

 

Изменение входного сопротивления цепи на её концах приводит к несогласованности на концах линии и к появлению концевых отражений с коэффициентом отражения

,

где - входное сопротивление линии.

Дальность связи по неоднородной линии будет определяться не собственным затуханием линии , а рабочем затуханием

, (5.32)

где и – коэффициенты отражения на стыках “генератор–кабель” и “приёмник–кабель”.

; .

Рабочее затухание - более общий параметр, т.к. кроме собственного затухания кабеля , учитывает также влияние несогласованности на стыках кабеля с нагрузкой.

В линиях неоднородных по длине различают внутренние неоднородности - в пределах строительной длины кабеля, и стыковые – обусловленные разбросом конструктивных, а следовательно, и электрических параметров.

Стыковые неоднородности, как правило, превышает внутренние неоднородности в кабеле сказываются, главным образом, на волновом сопротивлении кабеля, величина которого в месте сосредоточенной неоднородности отличается от номинальной.

Реальный кабель является неоднородной цепью. Электромагнитная волна, распространяясь по такой цепи и встречая на своём пути неоднородность, частично отражается от неё и возвращается к началу линии. При наличии нескольких неоднородных участков при распространении волны возникают многократные частичные отражения, что вызывает увеличение рабочего затухания и искажения характеристик цепи.

Неоднородности в кабеле приводят к появлению в цепи двух дополнительных потоков энергии: обратного (встречного), движущегося к началу цепи (генератору), и попутного, совпадающего с основным потоком. Схема образования встречных и попутных потоков представлена на рис. 5.2.

 

Рисунок 5.8 – Схема образования встречного и попутного потоков

Попутный поток особенно проявляется на длинных линиях. Попутный поток искажает форму передаваемого сигнала, создаёт помехи. Появление попутного потока отрицательно влияет на передачу телевизионных сигналов,

т. к. в этом случае нарушаются фазовые соотношение в структуре ТВ сигнала.

Величина попутного потока не должна превышать 1% основного. В аналоговых системах передачи попутный лимитируется на участке ОП1 – ОП2 линии, а в цифровых – на длине регенерационного участка.

Для повышения однородности электрических характеристик линии производится группирование строительных длин кабеля. При этом строительные длины располагают так, чтобы величины их волновых сопротивлений нарастали от начала регенерационного (усилительного) участка к его середине. На концах линии прокладываются кабели с номинальным волновым сопротивлением.

 

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение однородной и неоднородной линии.

2. Чем характеризуется степень однородности линии?

3. Какие факторы приводят к неоднородности линии?

4. Дайте определение рабочего затухания.

5. Объясните смысл всех слагаемых в 5.1.

6. Как образуются встречный и попутный потоки?

7. Как влияют встречный и попутный потоки на передачу различных сигналов?

8. Какие неоднородности существуют в кабелях?

9. Какие меры применяются для повышения однородности линии?