第六章 通信电缆回路间的串音.ppt

第六章通信电缆回路间的串音,6-1对称通信电缆回路间的串音机理及干扰参数6-2对称短电缆回路间的串音及低频电缆的串音6-3对称电缆电磁耦合的分析和公式6-4长对称电缆线路的串音衰减6-5对称电缆回路的间接串音6-6对称通信电缆线组绞合节距的确定6-7对称通信电缆的屏蔽,6-1对称通信电缆回路间的串音机理及干扰参数,串音机理：由于电磁场的作用，使部分能量由一个回路转移到了另一个回路。电干扰：由电场作用产生的串音。在、回路所产生的电场中，若、分别处于其中的不同电位点上，则在回路、之间就会产生一个电位差。于是，在这个电位差的作用下，回路、中形成干扰电流。即：、回路的部分能量转移到了回路、之中。,磁干扰：由磁场作用产生的串音。当回路、处于回路、产生的交变磁场中时，由于与磁力线交链而感应出电动势。该电动势在回路、中产生感应电流，迭加在线路的信号上而产生干扰。产生干扰的回路、称主串回路，回路、称为被串回路。,产生电磁干扰的条件：被干扰回路的两个导体处于电场中的不同电位处；被干扰回路的两个导体与磁力线相交链。当结构完全对称时，、导体可处于等位面上，则无电干扰，同样地也可使其与、回路交链的磁力线为0，则无磁干扰。产生串音的必要条件是存在电磁场作用；而充分条件是结构不对称。,二、一次干扰参数电磁耦合,电耦合：被串回路的感应电流I2与主串回路中的电压U1之比，即：式中，g为介质耦合，c为电容耦合。介质耦合：由部分介质损耗不平衡而引起的电耦合；电容耦合：由部分电容不平衡所引起的电耦合。,因此，导体间的绝缘可看作有损电容器（如下图所示）。主串与被串回路可看作四个臂的电桥。由于绝缘材料本身的不均匀性，及制造偏差等，产生结构不均匀性，使得每一桥臂的c、g不完全相等，故产生电耦合现象，相当于电桥不平衡。,磁耦合：被串回路中产生的感应电动势E2与主串回路中的电流I1之比，即：式中，r称导电耦合，m称电感耦合。导电耦合：由部分金属损耗不平衡而引起的磁耦合；电感耦合：由部分电感不平衡而引起的磁耦合。,因此，对称电缆可看作由有损电感构成的桥体。由于导体的电阻及间距不同，使得电桥不平衡，因此，产生磁耦合现象。,g、c、r、m统称为一次干扰参数。当电缆结构完全对称、无电磁干扰时，上述参数为0。一次干扰参数只能反映线路中是否存在干扰，但不能反映能量转移的大小。故引入二次干扰参数。,三、二次干扰参数,近端串音：主串回路发送端与被串回路接受端在同一端所产生的串音。其串音功率为P20。远端串音：主串回路发送端与被串回路接受端不在同一侧所产生的串音。其串音功率为P2l。近端串音衰减A0：（N）（dB）式中，P10为主串回路发送端的发送功率。远端串音衰减Al：（N）（dB）,用电平表示：，A0和Al也可用电流和电压表示。或当ZC1=ZC2时，有：（N）或（dB）,同理：当ZC1=ZC2时，有：（N）或（dB）,串音衰减大，意味着耦合功率P20、P2l小，因此，线路抗干扰能力好。但是否串音衰减大时，线路的干扰就小呢？,主串回路的远端串音衰减：主串回路的远端串音衰减：显然，Al2Al1，但是，实际串音功率P”2lP2l，故主串回路产生的干扰更严重。,为了衡量串音干扰的程度，引入了串音防卫度的概念。串音防卫度：被串回路接收端所接收的信号电平p信与串至该接收端的串音电平p串之差，即：A12=p信p串Al=p10p串p串=p10Al又p信=p202lA12=p信p串=p202lp10+Al若p10=p20，1=2则,用电流或电压表示，且ZC1=ZC2时，有：（N）测量A12的仪器原理就是返回,6-2对称短电缆回路间的串音及低频电缆的串音,短电缆回路间的串音短电缆：的电缆段。可以认为：其上的电流、电压沿线基本不变；主串回路与被串回路相同，即：1=2=，ZC1=ZC2=ZC；负载阻抗匹配。在这样的假设下，我们来分析电磁耦合在近、远端产生的串音。,电耦合电流,由于电场作用，回路受到干扰而产生干扰电流IC。它在被串回路中分为两路，分别流向近端和远端。其表达式为：g、c都很小，很大，,磁耦合电流,磁耦合产生的感应电动势E2在被串回路中产生的感应电流I2m依次流过近端和远端。其感应电压为：相应的磁干扰电流为：,在近端：电耦合电流与磁耦合电流方向相同，所以，近端总的干扰电流为：在远端：电耦合电流与磁耦合电流方向相反，所以，远端总的干扰电流为：近端串音衰减：远端串音衰减：,引入常数k0、kl，得：，（N）式中，为近端电磁耦合系数；为远端电磁耦合系数。由式中可知：、ZC、k0、kl越大，串音衰减和串音防卫度越低，干扰越严重。,低频电缆回路间的串音低频：音频，几kHz以下。此时，介质耦合、导电耦合都可以忽略，而且，电感耦合也远小于电容耦合。因此，低频串音主要决定于电容耦合。此时，k0kl。所以，有：（N）（N）返回,6-3对称电缆电磁耦合的分析和公式,四线组内的一次干扰参数产生串音的必要条件是：存在电磁场的作用，而充分条件是电缆结构不对称，即：由回路线芯间相应的部分值不平衡所引起。因此，我们必须研究各耦合与相应的部分值之间的关系。,以部分电容为例：主串回路与被串回路之间的部分电容构成了一个电桥。在回路上施加对称电压U1，则、的电位分别为和。在回路的电压作用下，、的电位分别为U和U。在不考虑C34时，开路电压为：UU,将I13、I14代入前式中，有：UU按照戴维南定理，前图可简化为：图中：U20=UU将电压源U1短路，求得、间的等值导纳为：应用戴维南定理，接入C34，解得回路中的干扰电压：,将Yi、Y34、U20代入，整理得：式中，C2为回路的工作电容。回路的干扰电流：由电耦合定义：,上式为忽略了介质耦合g的电耦合参数，因此，电容耦合为：各个部分电容值相差很小，令：且，忽略2项，则：,测试时，测得的电容耦合参数为实际值的4倍，即：同理，介质耦合参数：导电耦合参数：电感耦合参数：由上面的公式可知：干扰参数是由部分值不平衡所造成的。虽然，我们不直接测量部分值，但是，由I2、E2等测量量可得到相关信息。,电容耦合及电感耦合与回路结构的关系,由理论推导得出电容耦合与回路结构尺寸的关系为：式中，r为导线直径；D为等效介电常数。电感耦合为：式中，为磁导率。,从前两式中可以看出：耦合的大小与比值有关，若，则理论上c、m均为0，若该比值不为1，则存在一定的系统耦合。理想的星绞组和复对绞组可满足比值的条件，理论上可消除系统耦合。返回,6-4长对称电缆线路的串音衰减,实际电缆长度一般都大于/4。分析长电缆性质时，我们可将其看作由无数短段构成，应用叠加原理求解。由功率叠加原理：P串=P串1+P串2+P串n即：,近端串音衰减以第k段为例，研究它所产生的近端串音衰减：根据近段串音衰减的定义：，,全长线路的近端串音衰减为：,对于短线：2ns3N，sinh2s2s一般4s5时，有：式中，吸收屏蔽系数；反射屏蔽系数；,式中，吸