Полное сопротивление измерительных и сигнальных линий

Полное сопротивление связи экранированных измерительных и сигнальных линий часто образуются петлями в контурах заземления. Если по оболочке или экрану кабеля течет вызванный внешним источником напряжения паразитный ток, то он создает на внутренней поверхности оболочки падение напряжения, которое проявляется как напряжение помехи в экранированной оболочкой кабеля системе проводов (рис. 3.18). Внутреннее падение напряжения и паразитный ток связаны друг с другом через полное сопротивление связи экрана. Полное сопротивление связи определяется в предположении, что длина линии / мала по отношению к Л / 4 , как отношение комплексных амплитуд напряжения и тока помехи в оболочке кабеля:

Полное сопротивление связи представляет собой частотнозависимую комплексную величину, и определяется только в частотной области. Иногда встречается также понятие «импульсное полное сопротивление». Оно определяется отношением амплитуды измеренного напряжения и t и импульсного тока i t . Это отношение теоре-

тически определено только при чисто активных сопротивлениях и не может быть рекомендовано к использованию в расчетах.

К определению полного сопротивления связи Z коаксиального кабеля

Рис. 3.18. К определению полного сопротивления связи Zc коаксиального кабеля

Если левый конец кабеля (см. рис. 3.18) соединить с источником питания йСФ с внутренним сопротивлением Zu, а правый разомкнутый конец кабеля с входным сопротивлением приемника Znp, то при источнике напряжения 0СФ получим схему (рис. 3.19), которая электрически идентична схеме на рис. 3.5. Очевидно, полное сопротивление связи отображает неблагоприятный случай контура заземления с коаксиальной сигнальной линией. При постоянном напряжении и низних частотах напряжения помехи 0и со с использованием понятия полного сопротивления связи согласно (3.9) соответствует синфазному напряжению 0СФ со . Это означает полное преобразование синфазной помехи в противофазную.

Контур, заземления и полное сопротивление связи Z

Рис. 3.19. Контур, заземления и полное сопротивление связи Zc

При наличии полных сопротивлений источника и приемника напряжение помехи 0„ со уменьшается в соответствии с коэффициентом деления делителя, составленного из ZM и Znp

Изложение проблем контуров заземления с помощью полного сопротивления связи оказывается выгодным, прежде всего, на высоких частотах, когда из-за поверхностного эффекта ток помехи 1п со течет

только по оболочке кабеля. К делителю напряжения внутреннего провода приложено только падение напряжения, снимаемое с внутренней стороны экрана в продольном направлении, которое в зависимости от материала и конструкции экрана может иметь достаточно своеобразную зависимость от частоты.

На рис. 3.20 показана типичная частотная зависимость полного сопротивления связи гибких кабелей с гофрированной оболочкой и обычных коаксиальных кабелей с экраном-оплеткой. Причина различного поведения обоих типов кабелей при высоких частотах заключается в проникновении магнитного поля. При постоянном напряжении и низких частотах полное сопротивление связи обоих экранов соответствует активному сопротивлению. При высоких частотах в экране кабеля с гофрированной оболочкой из-за поверхностного эффекта все меньший паразитный ток течет по внутренней стенке, так что имеет место все меньшее напряжение помехи. У экрана-оплетки, напротив, МП паразитного тока проникает во внутреннюю систему и индуктирует там напряжение, пропорциональное частоте, что, начиная с определенной граничной частоты, вызывает увеличение полного сопротивления Zc со . Во временной области сопротивление связи проявляется в том,

что ступенчатый ток помехи вызывает на внутренней поверхности гофрированной оболочки кабеля импульс напряжения помехи с нарастанием, близким к экспоненциальному. Время нарастания напряжения помехи рассчитывается по формуле:

где d - толщина экрана; р - удельное сопротивление материала оболочки; р - магнитная проницаемость материала.

Полное сопротивление связи гибких кабелей с гофрированной оболочкой и обычных коаксиальных кабелей

Рис. 3.20. Полное сопротивление связи гибких кабелей с гофрированной оболочкой и обычных коаксиальных кабелей. Ордината показывает значение полного сопротивления связи, нормированного по отношению к сопротивлению экрана постоянному току

При плетеной оболочке результирующее напряжение помехи получается в результате наложения на монотонный подъем импульса высших и нижних гармоник, зависящих от конструкции переплетения оплетки.

Чем меньше полное сопротивление связи коаксиального кабеля, тем меньше создаваемое напряжение помехи и тем лучше экранирующее действие. Иногда для уменьшения полного сопротивления связи используют дважды или трижды экранированные провода или кабели с гибкой волнистой оболочкой, наружный проводник которых представляет гофрированную, бесшовно сваренную металлическую оболочку.

Так же, как и на сопротивлениях связи кабелей, токи кабельных оболочек вызывают дополнительные напряжения помех на переходных сопротивлениях коаксиальных штепсельных разъемов, а также на стыках участков корпусов и частей шасси (токи, протекающие по корпусу).

Ток оболочки кабеля, который через соединенный с массой контакт входного гнезда осциллографа входит в корпус и снова покидает его через емкость относительно земли и защитный провод, создает в массе падения напряжения, которые накладываются на полезный сигнал ии t , а также частично через емкостную связь попадают на делитель и входной усилитель (рис. 3.21). При длине кабелей в несколько метров полное сопротивление связи измерительного прибора превышает полное сопротивление связи измерительного кабеля. Поэтому качество осциллографов, спектроанализаторов, измерителей радиопомех не в последнюю очередь оценивают и по полному сопротивлению связи их корпусов.

К пояснению полного сопротивления связи массы (усилительная цепь)

Рис. 3.21. К пояснению полного сопротивления связи массы (усилительная цепь)

Полное сопротивление связи измерительных приборов, следовательно, и их чувствительность к помехам можно оценить путем измерения, подавая в заземленную клемму сигнального входа ступенчатый импульс тока. На экране осциллографа получают, несмотря на отсутствие входного сигнала, отклонение луча, аналогичное представленному на рис. 3.22. Максимальная амплитуда напряжения помехи меняется лишь незначительно, если ток подавать прямо на заземляющий зажим осциллографа. Практически не меняются и высокочастотные составляющие напряжения помехи, если осциллограф используется без заземляющей клеммы, так как для высоких частот генератор сигнала и осциллограф остаются заземленными через свои емкости относительно земли.

Напряжение помехи, вызванное протекающим по корпусу прибора током 1 А. Между положениями аттенюатора от 1 мВ/см до 20 В/см картина меняется лишь незначительно

Рис. 3.22. Напряжение помехи, вызванное протекающим по корпусу прибора током 1 А. Между положениями аттенюатора от 1 мВ/см до 20 В/см картина меняется лишь незначительно

Так как полное сопротивление связи не может быть сколь угодно малым, устранение вызванных этим механизмом мешающих напряжений сводится либо к снижению токов в оболочках кабелей путем повышения полного сопротивления контура заземления, как уже было подробно объяснено в п. 3.1.2, либо к уменьшению вызывающих их синфазных напряжений, т.е. к шунтированию.

Шунтирование устраняет токи любого происхождения, протекающие по корпусам и оболочкам кабелей (рис. 3.23). Источник напряжения соединен с дважды экранированным кабелем, внутренний экран которого на приемной стороне связан с массой, а внешний - непосредственно с заземленным корпусом (корпусом, шкафом с электронными приборами, экранированной кабиной).

Из-за поверхностного эффекта паразитный ток стекает в землю преимущественно через дополнительный наружный экран и наружную поверхность экранирующей кабины. Следовательно, он пропускается мимо оболочки измерительного кабеля и корпуса осциллофафа. Главной задачей экранирующей кабины и двойного экрана коаксиального кабеля является в большинстве случаев создание такого шунта и меньшую роль играет их собственное экранирующее действие. Поэтому в качестве экранирующей кабины часто достаточен открытый с одной стороны ящик из листового металла. Нужное распределение паразитного тока в тяжелых случаях подкрепляется размещенными на оболочках измерительного кабеля ферритовыми сердечниками, которые увеличивают ее действующее для паразитного тока полное сопротивление и таким образом вынуждают паразитный ток течь по наружному экрану.

Измерительная установка, предусматривающая подавление токов кабельной оболочки и токов, протекающих по корпусу

Рис. 3.23. Измерительная установка, предусматривающая подавление токов кабельной оболочки и токов, протекающих по корпусу:

  • 1 - дополнительный экран из медной оплетки; 2 - ферритовые сердечники,
  • 3 - измерительный кабель; 4 - экранированная камера
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >