Связь электромагнитным излучением

Под такой связью подразумевают воздействие ЭМ волнового поля на структуры проводников.

В п. п. 3.2 и 3.3 предполагалось, что переменные ЭП и МП возникают как самостоятельные феномены без взаимной связи. Впрочем, это предположение всегда допустимо, пока мы находимся в ближнем

поле мешающей системы. В дальнем поле напряженности Е и Н возникают всегда вместе и связаны законом электромагнитной индукции:

В этом случае говорят об электромагнитной волне (ЭМВ). Ее напряженности Е и Н могут быть указаны индивидуально, однако они более не являются независимыми друг от друга, как у квазистатиче- ских ЭП и МП.

Падающая на некоторую конфигурацию системы проводов ЭМВ с напряженностями Е_п , Н_и вызывает там токи и напряжения, которые, со своей стороны, являются причиной отраженной ЭМВ с напряженностями Е₀, Н₀. Падающая и отраженная волны в сумме образуют остаточное поле. Напряженности этого остаточного поля получают путем решения уравнений Максвелла для данных граничных условий. С другой стороны, можно быстро составить уравнения линии с учетом вызванных падающей волной токов и напряжений. Принцип происходящего покажем здесь на примере короткого отрезка х электрически

длинной, не имеющей потерь двухпроводной измерительной линии [3.5], рис. 3.30.

Индуктивность проводящего контура, образованного прямым и обратным проводом, а также емкость между прямым и обратным проводом относятся к длине линии, т.е. представляются как погонные параметры линии:

Меняющиеся во времени величины и t wit определяются

только сосредоточенными элементами эквивалентной схемы замещения. Применение метода контурных токов для контура С площадью Л при учете ЭДС, позволяет рассчитать индуктированную МП напряжение

или

Рис. 3.30. Отрезок х электрически длинной двухпроводной линии без потерь

После деления на * и перехода к пределу для х 0 имеем

Расчет по методу узловых потенциалов в точке Р с учетом индуктированной электрической составляющей поля ЭМВ дополнительного тока смещения через емкость С dx

приводит к

¹ о

соответственно после деления на х и перехода к пределу для х 0, получим

Левые части уравнений (3.43) и (3.45) представляют собой известные связанные дифференциальные уравнения первого порядка, которые описывают напряжения и токи в длинных линиях в зависимости от места и времени, правые части - функции помех, или возмущающие функции системы. Решение этой системы уравнений по методу параметров состояния приводит при любых возмущениях к искомым напряжениям на нагрузке, соответ-ствующей волновому сопротивлению при х 0 и х / х (на рис. 3.30 не показаны).

В эквивалентной схеме, составленной только на основании теории цепей, связь через излучение может быть представлена распределенными источниками напряжения и тока, которые соответствуют возмущающим функциям (рис. 3.31).

Рис. 3.31. Моделирование связи через излучение распределенными источниками

напряжения и тока

Моделирование связи ЭМ излучением на линиях с помощью индуктивностей и емкостей линии по рис. 3.30 и 3.31 справедливо только для возмущающих функций, время нарастания которых велико по сравнению с временем движения между проводами поперек направления распространения (ТЕМ-моды, теория бегущих волн). Эта предпосылка при связи ЭМ излучением с обычными измерительными и сигнальными линиями практически всегда выполнена. Что касается воздействия ЭМ импульса ЯВ на ЛЭП, то этот случай должен быть обсужден с позиций теории поля.

Оба уравнения (3.43) и (3.45) для двух неизвестных и x,t и / x,t могут быть также преобразованы в два раздельных уравнения,

каждое для одной неизвестной. Если продифференцировать одно уравнение по х, другое по t и оба подставить друг в друга, то это приведет к разделению напряжения и тока:

Наконец, можно при использовании соотношения rot Е dB / dt

в декартовых координатах выразить правые части только электрической или магнитной составляющей поля.

Рассмотренные выше решения уравнений были приведены во временной области. Для упрощения расчетов математическая модель может быть представлена в частотной области. Неизвестные величины и x,t и i x,t переходят в этом случае в комплексные амплитуды

Ох и I х , зависимые только от координат. Далее мы заменяем

_Ф Л Л 2

d' / dt на jco, ad I dt - на jco ”, уравнения (3.45) переходят в более простые:

и

Уравнения (3.46) и (3.47) приобретают вид

Уравнения (3.46), (3.47), (3.50) и (3.51) формально соответствуют известному телеграфному уравнению во временной и частотной областях.

По сравнению с квазистатической связью решения для наведенных напряжений и токов при связи ЭМ излучением обнаруживают одну особенность. Несмотря на согласование по концам в линиях из-за многократного отражения синфазных величин образуются явно выраженные колебания, вызванные волнами, основная частота которых определяется постоянной времени линий. Поэтому наведенные помехи могут при этой частоте и кратных ей обнаруживать явные резонансные всплески или другие проявления. Подробные числовые примеры для большого количества различных линий приводятся в [3.6].

Важную модификацию рассмотренной здесь симметричной линии в свободном пространстве представляет система «провод-земля», например, в форме оболочки кабеля, подвешенного над землей. В этом случае падающая ЭМВ отражается от более или менее хорошо проводящей поверхности земли, так что в качестве возмущающих функций должна быть представлена суперпозиция полей приходящей и отраженной волн. Если токи по оболочке рассчитаны, может быть определено с учетом полного сопротивления связи и напряжение помехи, действующее внутри сигнального кабеля [3.6].

Вышеприведенные соображения дают лишь беглый взгляд на принципиальную методику расчета связей ЭМ излучением. Более подробно с математическими расчетами связей ЭМ излучения можно узнать из [3.3].

Уменьшение связи ЭМ излучением достигается путем скручивания, экранирования и другими способами.