光纤通信 第0章 金属传输线

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1、光纤通信 金属传输线的特性上一页金属传输线的特性架空明线间的串音及其解决办法 对称电缆线路的串音与平衡 同轴电缆及其不均匀性 返 回Date1光纤通信 金属传输线的特性上一页架空明线间的串音及其解决办法串音：打电话时有时会听到其它通话回路说话的声音。这种串音通常不是通过导线直接连接得到的，而是由于导线间绝缘（或屏蔽）不彻底产生的（由电磁场引起）的电磁干扰。屏蔽电磁耦合是相互矛盾的一对关系，而回线间产生的电磁干扰就是因为存在着电磁耦合。返 回Date2光纤通信 金属传输线的特性上一页目 录电磁耦合 近端总串音电流和近端串音衰耗 远端总串音电流和远端串音衰耗 远端串音防卫度 串音防卫度与串音衰减标

2、准减小串音的一般方法通信中架空明线的应用返 回Date3光纤通信 金属传输线的特性上一页电 磁 耦 合电耦合（阻容耦合）由电场引起的耦合 磁耦合（互感耦合）由磁场引起的耦合 返 回Date4光纤通信 金属传输线的特性上一页电耦合（阻容耦合） 图0 -1 架空线及电耦合串音 Date5光纤通信 金属传输线的特性上一页返 回主串回路的电力线与被串回路导线相接触（或主串回路的电场被被串回路导线所切割），被串回路导线上产生感应电位。由于 4线与 2线间的距离比 3线与 2线间的距离远，根据静电场理论，4线电位高，3线电位低，于是有两个电流分别由 4线经过近端、远端流向 3线（这个电流可以认为是从 1线

3、流到 4线，从 3线流到 2线）。 Date6光纤通信 金属传输线的特性上一页磁耦合（互感耦合）图0 -2 架空线与磁耦合串音 Date7光纤通信 金属传输线的特性上一页主串回路 1、2 线均产生磁场 1、2，但在被串回路中 1 2，故以 2 为主即。依法拉第电磁感应定律知：被串回路要产生感应电动势，其产生的磁场方向应与主串回路在其中产生的磁场方向相反，也就是方向，由此感应电动势形成的电流方向如图02 左图中实线所示（顺时针方向）。 Date8光纤通信 金属传输线的特性上一页结 论 一由上面两种（电和磁）耦合看（如图02 所示），近端串音电流为电耦合电流与磁耦合电流之和，而远端串音电流是电耦合

4、电流与磁耦合电流之差。 返 回Date9光纤通信 金属传输线的特性上一页近端总串音电流其中：Kj 近端电磁耦合系数； ZC1 主串回路特性阻抗； 主、被串回路的传播常数； 线路长度； I10 主串回路始端电流； 负号表示 I2j 的方向与 I10（或实际）的方向相反。 Date10光纤通信 金属传输线的特性上一页当主、被串回路特性相同时有 ，阻抗匹配时有 ZC1= ZC2 = ZC，则： 近端串音衰耗近端串音的危害程度是用近端串音衰耗来表示的，它的定义是主串回路发送信号的电功率P10与被串回路近端串音的电功率P2j之比绝对值的常用对数的10 倍（dB），即： Date11光纤通信 金属传输线的

5、特性上一页（这里 为回路衰耗常数或固有衰耗，即 ） 若主、被串回路长度为电气上无限长，也就是满足 （或 3Np）时，有 说明： 传输线的原始参数为 R0 、G0 、L0 、C0 ，它们与二次参数 ZC 、 的关系为： Date12光纤通信 金属传输线的特性上一页 典型传输线 “电气上无限长” 的平均长度 主、被串回路均为有色金属（铜、铝）时， 主、被串回路为一个为有色金属、一个为钢线时， 主、被串回路均为钢线时， 返 回Date13光纤通信 金属传输线的特性上一页远端总串音电流 远端总串音电流： 其中：Ky 为远端电磁耦合系数 远端串音衰耗： Date14光纤通信 金属传输线的特性上一页如果两

6、回路特性一致： ， ，有：或其中2 为被串回路以为单位的固有衰耗（常数），则2表示被串回路长度为 时的传输衰耗，单位为 Np 。上式用为 dB 单位，则要乘以8.686（1Np = 8.686 ）。 返 回Date15光纤通信 金属传输线的特性上一页远端串音防卫度串音防卫度：通话回路对串音干扰的防卫程度。防卫程度主要看回路中有用信号功率与来自相邻回路串音干扰功率的比值，也即有用信号的强度比串音干扰大多少，通常用有用信号电平与串音信号电平的差值来表示被串回路的串音防卫度。 Date16光纤通信 金属传输线的特性上一页图03 远端串音功率 Date17光纤通信 金属传输线的特性上一页 远端串音防卫

7、度 Bfy 随频率及线长的增加而减少，即串音电流的影响增加。原因是两平行回路间，从各个地段到被串回路的串音电流到达终端时所经过的路径相同，因而在主串与被串回路特性相同时，诸电流就具有相同的幅值和相位。因此，总的串音电流是各段电流的算术和，有积累的作用；而近端串音电流则不同，具有不同的幅度和相角，总的串音电流为各段串音电流的几何和，有相互抵消的作用，并随着线长的增加，串音分量逐步减少，不影响总电流。结 论 二Date18光纤通信 金属传输线的特性上一页所以，近端串音虽然是“电耦合与磁耦合之和”，而远端串音是“电耦合与磁耦合之差”，但这里的“和”不一定比“差”大，因此实际上，未交叉回路的远端串音与

8、近端串音的影响相差不大。 载波回路主要是远端串音的影响（因为发送频率与接收频率不相同），而音频（基带）回路主要是近端串音的影响。 返 回Date19光纤通信 金属传输线的特性上一页远端串音防卫度 一个转接段的远端串音防卫度 转接段：两交换机之间的距离（可以包含 N 个增音段）串音防卫度标准是以保证任意两个用户间能进行满意通话的要求而规定的。实验证明，当串音电平低于信号电平 47分贝时，讲话就可以不受串音的影响，所以规定在任两个话路之间的防卫度不得小于 47 分贝。图0-4 含有个增音段的转接段 Date20光纤通信 金属传输线的特性上一页音频回路： Bfb = 47 dB高频回路： Bfb =

9、 47 + 3 = 50 dB对高频（载波）回路，考虑主、被串回路上的电平允许有1.7 分贝的波动。 一个增音段的远端串音防卫度 增音段：两个放大器之间的距离。 在上图中， P1 ，P2 ，PN 分别为第1，2，N 增音段的串音功率，P 为信号功率，于是有： 图0-4 含有个增音段的转接段 Date21光纤通信 金属传输线的特性上一页设 ，则有 Date22光纤通信 金属传输线的特性上一页也就是每个增音段的防卫度标准比转接段的要大，换句话说，全程（转接段）的防卫度小于组成它的任何一个增音段的防卫度。 全（转接段）防卫度： Date23光纤通信 金属传输线的特性上一页近端串音衰耗标准（同样也是越

10、大越好） 音频回路 防卫度与衰耗之间的关系： 高频（载波）回路： 双方采用不同的频率通道，因而近端串音不直接影响通 话，但可以由于反射而成为附加的远端串音，从而使远端串 音防卫度降低。 其中： 为附加的衰耗， 为反射系数。 返 回Date24光纤通信 金属传输线的特性上一页减小串音的一般方法 架空明线减少回路间串音耦合的主要措施是将回线进行交叉。回线交叉能减少串音的原因是： 图0- 5 减少串音的办法交叉 Date25光纤通信 金属传输线的特性上一页近端串音 如图0-5，设线路全长 ，在 、S 处形成对近端的串音 、 。很显然， 、 的大小、相位均不相同，且有： ， 滞后 的相位为 ，总的串音

11、为 。 Date26光纤通信 金属传输线的特性上一页如果按图0-5 对回线的中点进行交叉连接，可以使 的相位改变 ，就有。由图可以看出，要使 ，必须满足与的夹角小于 ，即： 否则适得其反。因此，恰当地选择是十分重要的。实际应用中，一条回线上通常要交叉很多处。 返 回Date27光纤通信 金属传输线的特性上一页远端串音由于远端串音无论起点在何处，至远端时的串音电流大小、相位均相等，因而在理想结构的情况下，仅在中间一点做交叉，即可使远端串音电流完全抵消，所以对一般有交叉的前提下，远端串音不必考虑。Date28光纤通信 金属传输线的特性上一页通信中架空明线的应用低12路36 143 KHz（150K

12、Hz以下）高12路164 216 KHz244 296 KHz（150 300KHz）超12路300450 / 500KHz返 回Date29光纤通信 金属传输线的特性上一页对称电缆线路的串音与平衡电缆回线间的串音与不平衡电缆的平衡通话路数及应用返 回Date30光纤通信 金属传输线的特性上一页电缆回线间的串音与不平衡一、电缆回线间串音与架空明线间串音的比较 对称电缆与架空明线串音耦合原理完全相同，只是距离不同而已。 扭距：电缆芯线顺着扭绞轴线转一周的长度，又称扭绞节距，它等效于架空明线交叉次数的疏密，有利于减少串音。 架空明线间距大，其参数受环境影响大，可以用交叉来减少串音；电缆间距小，且有

13、外壳保护，受环境影响小，性能较为稳定，主要受人为因素影响较大，可以利用扭距及平衡法来减少串音（主要是平衡法）。 Date31光纤通信 金属传输线的特性上一页二、电容耦合的不平衡（一个四线组内） 两实回线间：设 1、2 线之间加电压 u12 ，则 当两组线对称时有：C13= C14 = C23= C24 或 C13C24 = C14 C23图06 实回线间的电容耦合 3、4 间电压：u34 = 0此时称为该四线组处于对称平 衡状态。Date32光纤通信 金属传输线的特性上一页然而通常这是不可能的，也就是说是处在一般情况下，有 ，可以近似得到如下关系式： 其中： 同一四线组内两实回线间的电容耦合

14、Date33光纤通信 金属传输线的特性上一页 实线回路与幻线回路间 实线回路：仅由二根导线组成的回路。 幻线回路：由二根以上的导线组成的回路。 一般情况下，一个电路可以仅由实线回路组成，也可以由实线回路和幻线回路共同组成，例如： 图07 实线与幻线回路例一 Date34光纤通信 金属传输线的特性上一页07 图中，可以由 1 线和 0 线、2 线和 0 线各组成一个实线回路，用（ ， ）表示，也可以由 1 线和 2 线组成一个实线回路，把 1 线和 2 线并起来看成一条线，它与 0 线组成一个幻线回路，用（ ， ）表示。07 图还可以画出实线图如下：图08 图07电路的电流举例（一） Date3

15、5光纤通信 金属传输线的特性上一页图09 图07电路的电流举例（二） 09 图中，可以组成实线回路组:（ ， ， ， ），也可以组成实线回路与幻线回路组:（ ， ， ， ）、（ ， ， ， ）等。 Date36光纤通信 金属传输线的特性上一页图010 1、2实线对34幻线电路 幻线电压为 un ，于是有： 其中： 同一四线组内实回线与幻 线间的电容耦合 同理： 同一四线组内实回线与幻线间的电容耦合 注：实回线间的电容耦合是实测值的 （即 ），实线回路与幻线回路之间的电容耦合是实测值的 （即 ） Date37光纤通信 金属传输线的特性上一页 回线对地的不平衡（一个四线组内） 电缆对地（金属外壳）电容 不平衡时，将增加来自外界的电 磁场干扰。设芯线外 A 点处一个 感应电压 UA ，该点对回路 1 号线的部分电容为 C1A ，于是有： 图011