第六章通信电缆回路间的串音

1、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一串音机理：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。u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

2、到了回路 、 之中。u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。u产生干扰的回路、称主串回路，回路、称为被串回路。u产生电磁干扰的条件：1. 被干扰回路的两个导体处于电场中的不同电位处；2. 被干扰回路的两个导体与磁力线相交链。u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。u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1. 电耦合：被串回路的感应电流 I2 与主串回路中的电

3、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。 cjgUIC1212 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。2. 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。mjr

4、IEM1212 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。ug、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。u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u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。u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） （d

5、B）20100ln21PPA 2010lg10PPllPPA210ln21lPP210lg10 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）20100ppAllppA210CCZUZIP222120102220121020100ln21lnln21ln21CCCCZZIIZIZIPPA12201022201210ln21lnln21CCCCZZUUZUZU201020100lnlnUUIIA20102010020lg20lgUUIIA 同理： 当ZC1 = ZC2 时，有： （N） 或 （dB）21210ln21lnCCll

6、ZZIIA12210ln21lnCClZZUUlllUUIIA210210lnlnlllUUIIA21021020lg20lg 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，Al2 Al1，但是，实际串音功率 P”2l P2l，故主串回路产生的干扰更严重。10ln21110ln21ln212101llPPA20ln215 . 250ln21ln212102 llPPA 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

7、接收端的串音电平p串之差，即： A12 = p信 p串 Al = p10 p串 p串 = p10 Al 又 p信 = p20 2l A12 = p信p串 = p202l p10 + Al 若 p10 = p20，1 =2 则lllllllppPPPPPPlAA212111021012ln21ln21ln21 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llllIIUUA212112lnlnllUUA2112ln6-2 对称短电缆回路间的串音及低频电缆的串音一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

8、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。4l1.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，21121CCZCUIcjgC11122112CZCCCZIcjgUcjgUCI11112cjgZIIICCC122122.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：mjrIMIUm11212mjrZIZUICCmm2

9、2122 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：mjrZIcjgZIIIICCmC221112220mjrZIcjgZIIIICCmCl22111222 mjrcjgZZIIACC2201002lnln mjrcjgZZIIACCl220102lnln 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。002lnkZAClClkZA2lnlkZlAA

10、lCl2ln12220CCZmjZrjcgk22CClZmjZrjcgk二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 cZAACl 2ln0 lcZAC 2ln126-3 对称电缆电磁耦合的分析和公式一四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

11、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： UU21U21U131314141414113131122CICIjCjIUCjIU23132313123132313113CCCCjUCjCjCjCjUI24142414114CCCCjUI 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：2313232414241CCCjCCCjj1231324

12、1423142413UCCCCCCCC 2414231324142313CCCCCCCCjYi3420342021YYYUYYUUii 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： 2414231323142413212CCCCCCCCCUU 2414231324142313342CCCCCCCCCC12414231323142413222UCCCCCCCCjCjUIcjgCCCCCCCCjUIC24142313231424131212 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 ，

13、 ， ， 忽略 2 项，则： 2414231323142413CCCCCCCCc2414231341CCCCCC1313CCCC1414CCCC2323CCCC2424CCCC CCCCCCCCCCCCCCc423142413 2314241341CCCCc 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。 2314241314CCCCck 231424131ggggg 231424131mmmmm 23142413

14、rrrrr二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。raraaaaacD341224131423lnlnln224131423ln2aaaam 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24131423aaaa124131423aaaa124131423aaaa6-4 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

15、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：CnCCCZIZIZIZI222212串串串串nkknIIIII1222221串串串串串一近端串音衰减 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： ，kkkIIIIIIIIA20201020101020100lnlnkIIIIII202020101010lnlnln001211AskskAsk0122010AskkeII0121020AskkeII 全长线路的近端串音衰减为：nkskAnkkeeIII114101220200snssAeeeeI1484101012111nnxxxxxssnsnsnssAsnsAeeeeeeeIeeeII222222104410200011snseeeInssA2sinh2sinh22100snssnsAIIAn2sinh2sinhlnln020100 对于短线：2ns 3 N， ，sinh2s2s 一般 4s 5 时，有： 式中， 吸收屏蔽系数； 反射屏蔽系数；ktjNNktjSSSfntanh111cosh1ktjSncosh1ktjNNSftanh111 式中， 吸收屏蔽系数； 反射屏蔽系数