РАЗДЕЛ 2
Разработка метода анализа влияния электромагнитных помех на линии связи
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЕЙ.
2.1. Разработка концепции снижения наводок на кабельную линию передачи
информации.
Для кабельных линий связи информационных систем электромагнитное излучение
помех представляет опасность как результат изменения во времени электрического
и магнитного полей. При этом сложность оценки их влияния на информационные
системы заключается в трудности конверсии электромагнитных полей в токи и
напряжения, которые возникают на линиях связи информационных систем. Кроме
того, процессы в цепях, как правило, нелинейные, что ещё больше усложняет
анализ.
Источник наведенного напряжения на линиях связи легко анализируется в
квазистатическом приближении, когда размеры линии связи малы по сравнению с
длиной волны. Для квазистатического приближения принято [129], что
геометрические размеры рассматриваемой конструкции меньше одной шестой
наименьшей длины волны возможного излучения, или когда время распространения
вдоль линии связи меньше одной четвертой времени нарастания импульсного
электромагнитного излучения. Это позволяет свести сложную проблему теории поля
к анализу, который использует методы анализа схем с сосредоточенными
параметрами.
Рассмотрим кабельные линии, расположенные горизонтально в непосредственной
близости от земли (рис 2.1). При этом протяжённая кабельная система
моделируется рядом дискретных источников наводки, а каждый из дискретных
источников линии связи представляет систему с сосредоточенными параметрами.
Схематично модель представлена на рис. 2.2.
Рис. 2.1 Типовое взаимное расположение источника электромагнитных помех и
кабельной линии передачи информации.
Рис. 2.2. Механизм наводки на линию передачи.
Эквивалентная схема участка линии связи представлена на рис. 2.3.
Таким образом, наводка на кабельную линию передачи информации является
следствием суммарного воздействия электрического и магнитного полей падающей
электромагнитной волны. Вклад от меняющихся во времени магнитного и
электрического полей пропорционален производной по времени от падающих полей.
Когда падение электромагнитной волны происходит почти по касательной (рис.
2.2), а земля считается бесконечно проводящей, то нагрузка Zв подвергается
электромагнитному воздействию в первую очередь. По мере того как волна
перемещается справа налево, возбуждается последовательно остальные генераторы.
Рис. 2.3. Дискретная эквивалентная схема для модели кабельной линии передачи,
находящейся над землёй.
В этом случае совместное влияние различных дифференциальных генераторов на
нагрузку Zв связано с формой сигнала приложенного поля.
Временная задержка между каждым дифференциальным генератором и нагрузкой
приводит к интегрированию выходных сигналов всех генераторов.
Поскольку наводка от магнитного и электрического полей первоначально была
пропорциональна производной от приложенного поля, то форма выходного сигнала,
определяемая суммированием или интегрированием, должна воспроизводить начальную
форму сигнала.
При этом соответствующие уравнения для линии передачи будут иметь вид:
, (2.1)
, (2.2)
где: Z – импеданс кабеля вблизи земли на единицу длины;
J – плотность потока;
U - комплексная проводимость кабеля на единицу длины;
Е – генератор наведенного напряжения;
I – генератор наведенного тока.
Величина и форма генератора наведенного напряжения Е и генератора наведенного
тока I зависят от параметров воздействующего электромагнитного поля и взаимного
расположения дискретного участка линии передачи относительного источника
излучения. Поэтому влиять на их величину в общем случае невозможно.
Дальнейший анализ соотношений 2.1 и 2.2 показывает, что снижение величины
наведенной плотности тока J в оболочке кабельной линии передачи информации и
наведенного напряжения V возможно только за счёт увеличения импеданса кабеля
вблизи земли на единицу длины Z и комплексной проводимости кабеля на единицу
длины U.
Увеличение омического импеданса оболочки кабельной линии передачи информации
нежелательно, так как при этом существенно возрастают потери полезного сигнала
распространяющего внутри кабельной линии передачи информации.
С другой стороны индуктивность однопроводной линии, обратным токопроводом
которой служит земля определяется соотношением [86]:
, (2.3)
где: h – высота расположения кабельной линии передачи информации;
r – внешний радиус кабельной линии передачи информации;
x - коэффициент, учитывающий поверхностный эффект в проводах.
Причём предполагается, что высота h достаточно велика по сравнению с длиной
волны l электромагнитного излучения, т.е.
, (2.4)
где: s - удельная проводимость земли;
f – частота излучения.
Анализ выражения 2.3 показывает, что существенное увеличение погонной
индуктивности возможно за счёт увеличения относительной магнитной проницаемости
m.
В то же время индуктивность коаксиального кабеля со сплошным внутренним
проводником и полым наружным проводом при любой частоте и произвольном
соотношении радиусов: р – внутреннего проводника, q – внутренней полости
внешнего проводника определяется соотношением [86]:
, (2.5)
где: Li2 – внутренняя индуктивность наружного провода.
Таким образом, общая индуктивность внешнего проводника состоит из двух
независимых слагаемых. Изменение параметров первого слагаемого не влияет на
внутреннюю индуктивность наружного провода, которая определяет параметры
прохождения информационного сигнала внутри кабельной линии передачи
информации.
Аналогично перспективным путём увеличения проводимости дискрет
- Київ+380960830922