Компонента помехи, вызванная электрической дугой пантографа

Оценка уровня напряженности поля на расстоянии г от дугового разряда дается формулой (11.71), при этом диаграмма направленности излучения соответствует рис. 11.12.

Поскольку приемная антенна расположена горизонтально, то необходимо учесть лишь тангенциальную компоненту ЭП. В итоге для величины наводимой ЭДС получаем приближенную оценку

Здесь /0 - амплитуда тока в расчете на полосу 1 Гц, А - ширина полосы пропускания приемника, fQ - частота приемопередатчика, / - длина антенны, /0 - вертикальный размер дуги.

При выводе формулы (11.84) не учитывались реактивные свойства, как самого пространства электрической дуги, так и токоподводящих элементов. В отношения реактивности самой дуги следует ориентироваться на значения собственной индуктивности и ёмкости, рассчитанных по (11.69) и (11.70). Из-за недостаточной определенности параметров, входящих в эти формулы, достоверных значений получить не удается, но по оценкам порядка величин можно предположить, что индуктивность не превышает десятков мкГн, а ёмкость - десятков пФ. На частотах связи в гектометровом диапазоне этих значений недостаточно, чтобы ярко могли проявиться реактивные свойства дуги. С другой стороны, весьма высокая ёмкость между системой пантографа и корпусом локомотива позволяет считать, что на высоких частотах реактивное сопротивление этого участка цепи невелико.

При расчете ЭМ помех от дуги пантографа имеются две трудности. Одна из них связана с тем, что нет надежных данных о величине тока в момент разрыва контакта, есть лишь указания общего характера о том, что токи в отдельных случаях могут достигать нескольких кА.

Вторая трудность вызывается недостатком сведений о спектре излучаемого сигнала. При явном недостатке экспериментальных сведений ограничимся в задаче расчета ЭМ помехи от пантографа оценками порядков величин.

За нижний возможный уровень для тока в момент разрыва контакта примем величину 0,5 кА. В отношении спектра излучаемого сигнала будем исходить из того, что в основе, как явления короны, так и электрической дуги лежит единый физический процесс газового разряда. По этой причине будем считать, что частотный спектр дуги близок к спектру короны.

Из физических соображений понятно, что спектр убывает по интенсивности как для очень малых, так и для больших частот. Если считать, что на рис. 11.2 средневзвешенная линия из приведенных кривых отвечает дуге параболы, то ее можно экстраполировать в обе стороны и получить приближенное представление для спектра помехового сигнала, который генерируется дуговым разрядом. Указанная экстраполяция приводит к следующей зависимости от частоты /:

с некоторым пока неопределенным множителем N, который

предстоит найти. В формуле (11.85) величина F определяет частотную зависимость для спектра излучения дуги. Частота/в этой формуле берется в МГц. На частоте f =0,14 МГц спектр достигает максимума,

равного ][ .

Если считать, что данные на рис. 11.2 допускают пересчет помеховых полей в действующие значения, измеренные методом квадратичного детектирования, то величина s(f) = F2(f) должна трактоваться как энергетический спектр помехового сигнала.

Коэффициент N0 в формуле (11.85) может быть найден на основе следующих рассуждений. Пусть имеется монохроматическая волна с частотой f fm, отвечающей максиму спектра. При известном

токе дуги для нее можно найти величину W = 8", отвечающую мощности, выделяющейся на активном сопротивлении 1 Ом. Если теперь вместо монохроматической волны имеется «размазанное» спектральное представление (11.85), то та же мощность W выделяется интегрально во всем спектре волн:

Таким образом,

Интеграл в подкоренном выражении формулы (11.87) вычисляется численно и в итоге получаем

Теперь остается лишь вычислить величину W для монохроматической волны. С этой целью используем формулу для элементарного вибратора. Вычисления дают для ЭДС значение 2,3 В. Мощность W, выделяемая на сопротивлении 1 Ом, при этом равна 5,3 Вт. Таким образом, для коэффициента N0 в формуле (11.88) получаем величину 2,3.

Энергетический спектр помеховой ЭДС в соответствии с формулой (11.85) теперь равен

Отсюда находится мощность в полосе частот 0,02 МГц вблизи основной частоты приемо-передачи /0 2,15 МГц:

Исходя из этой величины, окончательно получаем значение действующей ЭДС в антенне

Сравнивая эту величину с ЭДС, вызванной действием коронных разрядов на токонесущих проводах - величиной (11.83), видим, что из- за возникающих при дуге огромных токов дуговой разряд на пантографе создает ЭМП помех, во много раз превосходящее помехи от короны. По этой причине дополнительную помеху от прохождения импульса дугового тока по проводам можно не учитывать, поскольку уже сам дуговой разряд нарушает нормальную приемопередачу.

В отношении требуемого уровня превышения полезного сигнала над помехой необходимо сделать пояснение. Хотя железнодорожная связь и использует кодовые посылки, но основная информативная составляющая - речевой сигнал. При распознавании речи требуется гораздо большее превышение сигнала над помехой, поскольку здесь исключена возможность кодовой обработки и связанной с нею повышения помехоустойчивости. В [11.4] приводятся результаты исследований по распознаванию речи при наличии помехи. Соответствующие результаты показаны на рис. 11.17. По абсциссе отложено отношение сиг- нал/помеха в децибелах, а по ординате - уровни распознавания речи.

Результаты исследований по распознаванию речи при наличии помехи

Рис. 11.17. Результаты исследований по распознаванию речи при наличии помехи: уровень 1 - речь неразборчива; уровень 2 - смысл говоримого понятен, но прослушивание требует напряжения; уровень 3 - речь хорошо слышна

Таким образом, для обеспечения речевой связи требуется превышение полезного сигнала над помехой не менее 15 дБ.

Возвращаясь к вопросу о помехах, создаваемых дуговым разрядом, видим, что для распознавания речи в моменты, когда происходит дуговой разряд, требовался бы уровень ЭДС полезного сигнала в антенне не менее 0,55 В (превышение на 15 дБ рассчитанной ранее ЭДС помехи). При имеющихся мощностях железнодорожных радопередат- чиков - из-за потерь в волноводном проводе и тракте индуктивной связи антенны с волноводным проводом - указанный уровень никогда не достигается. Практически это должно сказываться в том, что в моменты, когда имеет место дуговой разряд, канал связи полностью забивается помехой.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >