Концентрированное симметрирование при помощи контуров противосвязн

Этот метод находит широкое применение при симметрировании ВЧ кабелей связи. В его основе лежит компенсация токов помех, вызываемых электромагнитными связями, токами компенсации, создаваемыми контурами противосвязи, которые концентрируются в отдельных точках ЭКУ. Элементы контура противосвязи подбирают так, чтобы контур создавал ток компенсации I_2k , равный по амплитуде и противоположный по фазе току помех I₂₁ (рис. 6.3, а).

Рисунок 6.3 − Концентрированное симметрирование: а - на дальнем конце; б - на ближнем конце

Рассмотрим эффективность концентрированного симметрирования на дальнем и ближнем концах. На рисунке 6.3 сосредоточенные электромагнитные связи на дальнем F₁₂ и ближнем N₁₂ концах, включенные на расстоянии х от начала линии, отображают реальные электромагнитные связи, имеющие распределенный по длине характер. Противосвязи на дальнем F_12k и ближнем N_12k концах, включенные на расстоянии а от начала линии, должны обеспечить компенсацию мешающих токов, переходящих в цепь, подверженную влиянию.

Условие компенсации при влиянии на дальнем конце характеризуется равенством

из которого нетрудно видеть, что в случае, когда коэффициенты распространения взаимовлияющих цепей равны друг другу (γ₁=γ₂), условие компенсации F_12k= -F₁₂ выполняется независимо от места включения контура противосвязи. Из рисунка 6.3, а видно, что токи I₂₁ и I_21k проходят одинаковые пути, поэтому достаточно только подобрать элементы контура противосвязи так, чтобы они воспроизводили частотную характеристику действующей между цепями электромагнитной связи и тем самым обеспечивали высокую степень компенсации (I_21k) в широком диапазоне частот.

Условие компенсации на ближнем конце записывается так:

Из этого равенства следует, что достичь компенсации мешающих токов на ближнем конце можно только путем включения контура противосвязи в месте расположения электромагнитной связи, т. е. при выполнении условия х=α. Если учесть, что в действительности электромагнитные связи, как отмечено выше, носят распределённый характер, то становится ясно, что для получения компенсации нужно между цепями включать большое число контуров противосвязи, что практически неприемлемо. Кроме того, в связи с тем, что коэффициенты распространения (главным образом коэффициенты фазы) зависят от частоты, то добиться высокой компенсации на ближнем конце можно только на одной частоте. На других же частотах эффективная компенсация не наблюдается. Причем на частотах, удаленных от частоты с высокой степенью компенсации, включенный контур может даже увеличить взаимные влияния. Физически это можно объяснить тем, что токи I₂₀ и I_20K проходят разные пути (рис. 6.1, б), претерпевают разные амплитудные и фазовые изменения и условие компенсации I_20k= - I₂₀ не выполняется. По указанным причинам концентрированное симметрирование на ближнем конце не применяют.

Таким образом, концентрированное симметрирование ВЧ кабелей проводят только на дальнем конце, симметрируя кабели на длине элементарного кабельного участка. При этом, как правило, применяют схемы контуров противосвязи, представленные на рисунке 6.4.

Рисунок 6.4 − Схемы контуров противосвязи

Как отмечалось выше, электромагнитные связи между цепями в области высоких частот носят комплексный характер, поэтому в теории симметрирования кроме переходного затухания и защищенности между цепями широко пользуются характеристикой взаимного влияния − проводимостью комплексной связи, выражаемой в микросистемах:

где I₂ − ток цепи, подверженной влиянию;

  U₁ − напряжение влияющей цепи.

Из этого выражения следует, что проводимость комплексной связи есть вектор, угловое смещение которого равно разности фаз тока помех и влияющего напряжения. Между проводимостью комплексной связи и защищенностью между цепями существуют следующие соотношения:

из которых следует, что чем больше защищенность между цепями, тем меньше длина вектора комплексной связи и, наоборот, чем больше модуль связи, тем меньше защищенность. Соотношения (6.4) считаются основными в инженерной теории симметрирования.

Второе основное соотношение симметрирования связывает проводимость комплексной связи между цепями с частичными проводимостями между жилами цепей:

Схема (рис. 4.3, а) аналогична мосту переменного тока, поэтому соотношение (6.5) можно использовать при рассмотрении симметрирования как процесса уравновешивания моста переменного тока путем изменения проводимости его плеч.

Так как симметрирование проводится с помощью контуров противосвязи, содержащих конденсаторы и резисторы, то можно записать

где g − действительная часть, а jωС − мнимая часть проводимости в соответствующих плечах моста.

Противоположные плечи моста эквивалентны, поэтому, отнеся суммы частичных проводимостей одного знака к одному из плеч, выражение (6.6) можно упростить:

По причине конструктивных и диэлектрических неоднородностей частичные проводимости носят случайный характер, поэтому при Y≠0 возможны четыре характерных варианта расположения на комплексной плоскости вектора проводимости комплексной связи между цепями (рис. 6.5)

1. Если g₁₃> g₁₄ и С₁₃>С₁₄ ,то действительная и мнимая части проводимости комплексной связи положительны и вектор Y находится в 1 квадранте комплексной плоскости. Для его компенсации необходимо создать вектор противосвязи Y_п, расположенный в 3 квадранте. Такой вектор противосвязи можно создать подключением между жилами 1 и 4 контура противосвязи, состоящего из конденсатора и резистора (рис. 6.5, а). Последовательное соединение элементов контура выбрано исходя из того, что включение контура не должно изменять величину сопротивления изоляции жил кабеля.

2. Если g₁₃< g₁₄ и С₁₃>С₁₄ ,то вектор Y расположен в 4 квадранте и для размещения вектора противосвязи Y_п в 1 квадранте необходимо включить контур противосвязи между жилами 1 и 3 (рис. 6.5, Б).

3. Если g₁₃< g₁₄ и С₁₃>С₁₄ ,то действительная часть проводимости комплексной связи отрицательна, мнимая - положительна и вектор Y расположен во 2 квадранте. Для размещения вектора противосвязи Y_п в 4 квадранте необходимо включить между жилами 1 и 3 контур противосвязи, содержащий конденсатор и резистор, а между жилами 1 и 4 − только конденсатор, создающий вектор, параллельный мнимой оси в отрицательном направлении (рис. 6.5, е). Положение вектора Y_п зависит от соотношения между R, С₁ и С₂.

4. Если g₁₃> g₁₄ и С₁₃<С₁₄, то вектор Y расположен в 4 квадранте и для размещения вектора противосвязи Y_п во 2 квадранте необходимо включить контур противосвязи пo схеме.

Рисунок 6.5 − Схемы включения контуров противосвязи

На рисунке 6.5 приведены векторные диаграммы, определенные на одной отдельно взятой частоте. Симметрируют же ВЧ кабели в широком диапазоне частот, поэтому необходимо знать частотную характеристику векторов комплексных связей (ХКС) − годограф.

Годограф − это кривая, соединяющая вершины векторов комплексных связей на отдельных частотах. Годограф содержит полную информацию о характере взаимного влияния между цепями, в то время как частотная характеристика защищенности (переходного затухания) характеризует только модуль электромагнитной связи.

Рисунок 6.6 − Годограф комплексных связей и противосвязей

На рисунке 6.6 представлен типовой годограф комплексных связей при влиянии между цепями внутри четверки (годограф находится в первом квадранте комплексной плоскости). Для компенсации комплексной связи между жилами 1 и 4 включают контур противосвязи, состоящий из конденсатора и резистора, который создает годограф противосвязн в третьем квадранте Y_п(ω). После компенсации результирующий годограф смещается к началу координат. Подбором элементов контура R и С добиваются такого размещения результирующего годографа (Y(ω) - Y_п(ω)), при котором он не выходит из окружности радиусом, соответствующим нормативному значению проводимости комплексной связи (защищенности) между цепями.