第六章通信電纜回路間的串音

1、第六章 通信電纜回路間的串音6-1 對(duì)稱通信電纜回路間的串音機(jī)理及干擾參數(shù)6-2 對(duì)稱短電纜回路間的串音及低頻電纜的串音6-3 對(duì)稱電纜電磁耦合的分析和公式6-4 長(zhǎng)對(duì)稱電纜線路的串音衰減6-5 對(duì)稱電纜回路的間接串音6-6 對(duì)稱通信電纜線組絞合節(jié)距的確定6-7 對(duì)稱通信電纜的屏蔽6-1 對(duì)稱通信電纜回路間的串音機(jī)理及干擾參數(shù)一串音機(jī)理：由于電磁場(chǎng)的作用，使部分能量由一個(gè)回路轉(zhuǎn)移到了另一個(gè)回路。u電干擾：由電場(chǎng)作用產(chǎn)生的串音。 在、回路所產(chǎn)生的電場(chǎng)中，若、分別處于其中的不同電位點(diǎn)上，則在回路、之間就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電位差。于是，在這個(gè)電位差的作用下，回路、中形成干擾電流。即： 、回 路的部分能量轉(zhuǎn)移

2、到了回路 、 之中。u磁干擾：由磁場(chǎng)作用產(chǎn)生的串音。 當(dāng)回路、處于回路、產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)中時(shí)，由于與磁力線交鏈而感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。該電動(dòng)勢(shì)在回路、中產(chǎn)生感應(yīng)電流，迭加在線路的信號(hào)上而產(chǎn)生干擾。u產(chǎn)生干擾的回路、稱主串回路，回路、稱為被串回路。u產(chǎn)生電磁干擾的條件：1. 被干擾回路的兩個(gè)導(dǎo)體處于電場(chǎng)中的不同電位處；2. 被干擾回路的兩個(gè)導(dǎo)體與磁力線相交鏈。u當(dāng)結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱時(shí)， 、導(dǎo)體可處于等位面上，則無電干擾，同樣地也可使其與、回路交鏈的磁力線為0，則無磁干擾。u產(chǎn)生串音的必要條件是存在電磁場(chǎng)作用；而充分條件是結(jié)構(gòu)不對(duì)稱。二、一次干擾參數(shù)電磁耦合1. 電耦合：被串回路的感應(yīng)電流 I2 與主串回路中的電

3、壓U1之比，即： 式中，g 為介質(zhì)耦合， c為電容耦合。介質(zhì)耦合：由部分介質(zhì)損耗不平衡而引起的電耦合；電容耦合：由部分電容不平衡所引起的電耦合。 cjgUIC1212 因此，導(dǎo)體間的絕緣可看作有損電容器（如下圖所示）。主串與被串回路可看作四個(gè)臂的電橋。由于絕緣材料本身的不均勻性，及制造偏差等，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)不均勻性，使得每一橋臂的c、g不完全相等，故產(chǎn)生電耦合現(xiàn)象，相當(dāng)于電橋不平衡。2. 磁耦合：被串回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E2 與主串回路中的電流 I1 之比，即： 式中，r 稱導(dǎo)電耦合， m 稱電感耦合。導(dǎo)電耦合：由部分金屬損耗不平衡而引起的磁耦合；電感耦合：由部分電感不平衡而引起的磁耦合。mjr

4、IEM1212 因此，對(duì)稱電纜可看作由有損電感構(gòu)成的橋體。由于導(dǎo)體的電阻及間距不同，使得電橋不平衡，因此，產(chǎn)生磁耦合現(xiàn)象。ug、c、r、m 統(tǒng)稱為一次干擾參數(shù)。當(dāng)電纜結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱、無電磁干擾時(shí)，上述參數(shù)為0。u一次干擾參數(shù)只能反映線路中是否存在干擾，但不能反映能量轉(zhuǎn)移的大小。故引入二次干擾參數(shù)。三、二次干擾參數(shù)u近端串音：主串回路發(fā)送端與被串回路接受端在同一端所產(chǎn)生的串音。其串音功率為P20。u遠(yuǎn)端串音：主串回路發(fā)送端與被串回路接受端不在同一側(cè)所產(chǎn)生的串音。其串音功率為P2l。近端串音衰減 A0 ： （N） （dB） 式中，P10為主串回路發(fā)送端的發(fā)送功率。遠(yuǎn)端串音衰減 Al ： （N） （d

5、B）20100ln21PPA 2010lg10PPllPPA210ln21lPP210lg10 用電平表示： ， A0 和 Al 也可用電流和電壓表示。 或 當(dāng)ZC1 = ZC2 時(shí)，有： （N） 或 （dB）20100ppAllppA210CCZUZIP222120102220121020100ln21lnln21ln21CCCCZZIIZIZIPPA12201022201210ln21lnln21CCCCZZUUZUZU201020100lnlnUUIIA20102010020lg20lgUUIIA 同理： 當(dāng)ZC1 = ZC2 時(shí)，有： （N） 或 （dB）21210ln21lnCCll

6、ZZIIA12210ln21lnCClZZUUlllUUIIA210210lnlnlllUUIIA21021020lg20lg 串音衰減大，意味著耦合功率 P20、P2l 小，因此，線路抗干擾能力好。但是否串音衰減大時(shí)，線路的干擾就小呢？主串回路的遠(yuǎn)端串音衰減：主串回路的遠(yuǎn)端串音衰減： 顯然，Al2 Al1，但是，實(shí)際串音功率 P”2l P2l，故主串回路產(chǎn)生的干擾更嚴(yán)重。10ln21110ln21ln212101llPPA20ln215 . 250ln21ln212102 llPPA 為了衡量串音干擾的程度，引入了串音防衛(wèi)度的概念。 串音防衛(wèi)度：被串回路接收端所接收的信號(hào)電平 p信 與串至該

7、接收端的串音電平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 則lllllllppPPPPPPlAA212111021012ln21ln21ln21 用電流或電壓表示，且 ZC1 = ZC2 時(shí)，有： （N） 測(cè)量 A12 的儀器原理就是 返回llllIIUUA212112lnlnllUUA2112ln6-2 對(duì)稱短電纜回路間的串音及低頻電纜的串音一短電纜回路間的串音 短電纜： 的電纜段?？梢哉J(rèn)為： 其上的電流、電壓沿線基本不變； 主串

8、回路與被串回路相同，即：1 = 2 =，ZC1 = ZC2 = ZC ； 負(fù)載阻抗匹配。在這樣的假設(shè)下，我們來分析電磁耦合在近、遠(yuǎn)端產(chǎn)生的串音。4l1.電耦合電流 由于電場(chǎng)作用，回路受到干擾而產(chǎn)生干擾電流IC 。它在被串回路中分為兩路，分別流向近端和遠(yuǎn)端。其表達(dá)式為：g、c都很小， 很大，21121CCZCUIcjgC11122112CZCCCZIcjgUcjgUCI11112cjgZIIICCC122122.磁耦合電流 磁耦合產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E2 在被串回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流 I2m 依次流過近端和遠(yuǎn)端。其感應(yīng)電壓為： 相應(yīng)的磁干擾電流為：mjrIMIUm11212mjrZIZUICCmm2

9、2122 在近端：電耦合電流與磁耦合電流方向相同，所以，近端總的干擾電流為： 在遠(yuǎn)端：電耦合電流與磁耦合電流方向相反，所以，遠(yuǎn)端總的干擾電流為： 近端串音衰減： 遠(yuǎn)端串音衰減：mjrZIcjgZIIIICCmC221112220mjrZIcjgZIIIICCmCl22111222 mjrcjgZZIIACC2201002lnln mjrcjgZZIIACCl220102lnln 引入常數(shù) k0、kl，得： ， （N） 式中， 為近端電磁耦合系數(shù)； 為遠(yuǎn)端電磁耦合系數(shù)。 由式中可知：、ZC、k0、kl 越大 ，串音衰減和串音防衛(wèi)度越低，干擾越嚴(yán)重。002lnkZAClClkZA2lnlkZlAA

10、lCl2ln12220CCZmjZrjcgk22CClZmjZrjcgk二低頻電纜回路間的串音 低頻：音頻，幾 kHz 以下。此時(shí)，介質(zhì)耦合、導(dǎo)電耦合都可以忽略，而且，電感耦合也遠(yuǎn)小于電容耦合。因此，低頻串音主要決定于電容耦合。此時(shí)，k0kl。所以，有： （N） （N） 返回 cZAACl 2ln0 lcZAC 2ln126-3 對(duì)稱電纜電磁耦合的分析和公式一四線組內(nèi)的一次干擾參數(shù) 產(chǎn)生串音的必要條件是：存在電磁場(chǎng)的作用，而充分條件是電纜結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，即：由回路線芯間相應(yīng)的部分值不平衡所引起。因此，我們必須研究各耦合與相應(yīng)的部分值之間的關(guān)系。 以部分電容為例：主串回路與被串回路之間的部分電容構(gòu)成

11、了一個(gè)電橋。 在回路上施加對(duì)稱電壓U1，則、的電位分別為 和 。在回路的電壓作用下，、的電位分別為 U 和U 。在 不考慮 C34 時(shí)，開路電壓為： UU21U21U131314141414113131122CICIjCjIUCjIU23132313123132313113CCCCjUCjCjCjCjUI24142414114CCCCjUI 將I13 、I14 代入前式中，有： UU 按照戴維南定理，前圖可簡(jiǎn)化為： 圖中：U20 = UU 將電壓源 U1 短路，求得、間的等值導(dǎo)納為： 應(yīng)用戴維南定理，接入 C34，解得回路中的干擾電壓：2313232414241CCCjCCCjj1231324

12、1423142413UCCCCCCCC 2414231324142313CCCCCCCCjYi3420342021YYYUYYUUii 將Yi、Y34、U20 代入，整理得： 式中，C2 為回路的工作電容。 回路的干擾電流： 由電耦合定義： 2414231323142413212CCCCCCCCCUU 2414231324142313342CCCCCCCCCC12414231323142413222UCCCCCCCCjCjUIcjgCCCCCCCCjUIC24142313231424131212 上式為忽略了介質(zhì)耦合 g 的電耦合參數(shù)，因此，電容耦合為： 各個(gè)部分電容值相差很小， 令： 且 ，

13、 ， ， 忽略 2 項(xiàng)，則： 2414231323142413CCCCCCCCc2414231341CCCCCC1313CCCC1414CCCC2323CCCC2424CCCC CCCCCCCCCCCCCCc423142413 2314241341CCCCc 測(cè)試時(shí)，測(cè)得的電容耦合參數(shù)為實(shí)際值的4倍，即： 同理，介質(zhì)耦合參數(shù)： 導(dǎo)電耦合參數(shù)： 電感耦合參數(shù)： 由上面的公式可知：干擾參數(shù)是由部分值不平衡所造成的。雖然，我們不直接測(cè)量部分值，但是，由 I2 、E2等測(cè)量量可得到相關(guān)信息。 2314241314CCCCck 231424131ggggg 231424131mmmmm 23142413

14、rrrrr二電容耦合及電感耦合與回路結(jié)構(gòu)的關(guān)系 由理論推導(dǎo)得出電容耦合與回路結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系為： 式中，r 為導(dǎo)線直徑；D 為等效介電常數(shù)。 電感耦合為： 式中，為磁導(dǎo)率。raraaaaacD341224131423lnlnln224131423ln2aaaam 從前兩式中可以看出：耦合的大小與比值 有關(guān)，若 ，則理論上 c、m 均為0，若該比值不為1，則存在一定的系統(tǒng)耦合。 理想的星絞組和復(fù)對(duì)絞組可滿足比值 的條件，理論上可消除系統(tǒng)耦合。 返回24131423aaaa124131423aaaa124131423aaaa6-4 長(zhǎng)對(duì)稱電纜線路的串音衰減 實(shí)際電纜長(zhǎng)度一般都大于/4。分析長(zhǎng)電纜性質(zhì)

15、時(shí)，我們可將其看作由無數(shù)短段構(gòu)成，應(yīng)用疊加原理求解。 由功率疊加原理：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減 以第 k 段為例，研究它所產(chǎn)生的近端串音衰減： 根據(jù)近段串音衰減的定義： ，kkkIIIIIIIIA20201020101020100lnlnkIIIIII202020101010lnlnln001211AskskAsk0122010AskkeII0121020AskkeII 全長(zhǎng)線路的近端串音衰減為：nkskAnkkeeIII114101220200snssAeeeeI1484101012111nnxxxxxssnsnsnssAsnsAeeeeeeeIeeeII222222104410200011snseeeInssA2sinh2sinh22100snssnsAIIAn2sinh2sinhlnln020100 對(duì)于短線：2ns 3 N， ，sinh2s2s 一般 4s 5 時(shí)，有： 式中， 吸收屏蔽系數(shù)； 反射屏蔽系數(shù)；ktjNNktjSSSfntanh111cosh1ktjSncosh1ktjNNSftanh111 式中， 吸收屏蔽系數(shù)； 反射屏蔽系數(shù)