光纤通信第0章金属传输线.ppt

1
K14
4
ZCⅡ
ZCⅡ
3
K32
2
图0 -1 架空线及电耦合串音
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光纤通信 —— 金属传输线的特性
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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′线流到 4′线，从 3′线流到 2′线）。
ZC
R0 jL0 G0 jC0
R0 jL0 G0 jC0
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⑵ 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， 51.2 km 主、被串回路为一个为有色金属、一个为钢线时， 25.6 km
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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。
远端串音防卫度
① 一个转接段的远端串音防卫度
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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
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I2 j I2 j ， I2滞j 后 I的2 j 相位为 1， 总2 的S 串音为
。
I2 j I2 j
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如果按图0-5 对Ⅱ回线的中点进行交叉连接，可以使 I的2 j
相位改变 ，就有。由图可以看出，要使 I2 j I2 j ，I2必j I须2 j 满足
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通信中架空明线的应用
低12路 高12路 超12路
36 ～ 143 KHz 164 ～ 216 KHz 244 ～ 296 KHz
300～450 / 500KHz
（150KHz以下） （150 ～ 300KHz）
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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。
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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
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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）
20lg e2
2 20lg
K yZC
8.686 2
dB
或 By ln
2
K yZC
2 N
其中α2 为被串回路以为单位的固有衰耗（常数），则α2ℓ表示
被串回路长度为ℓ 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 ㏈ ）。
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I2 j
I2 j 2
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S
0
S
S
I2 j I2 j
I2 j
图0- 5 减少串音的办法——交叉
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近端串音
如图0-5，设线路全长 ，2S在 、x S 处0 形成对近端 的串音 、 。I很2 j 显I然2 j ， 、 的大I小2 j 、I相2 j 位均不相同，且有：
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全（转接段）防卫度：
B fb
P 10 lg P1 P2 PN
P
10 lg
Bfb
N P 10 10
10 lg N Bfb
∴
47 Bfb B fb 10 lg N 50 10 lg N dB
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。
负号表示 I2j 的方向与 I10（或实际）的方向相反。
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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：
B0 10lg
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磁耦合（互感耦合）
近端 I1
1
主串Ⅰ
~ 2
I2j
被串Ⅱ
3
电
4
远端
I2y 磁
1
2
3
4
图0 -2 架空线与磁耦合串音
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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
转接段：两交换机之间的距离（可
以包含 N 个增音段）
12
A P1 P2
12
AP P
N BⅠ
PN
N BⅡ
P
图0-4 含有个增音段的转接段
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音频回路： Bfb = 47 dB 高频回路： Bfb = 47 + 3 = 50 dB
对高频（载波）回路，考虑主、被串回路上的电平允
12
若主、被串回路长度为电气上无限长，也就是满足 2（ 或26dB
3Np）时，有
1 e2 l 1
（这里 为回路衰耗常数或固有衰耗，即 R）e
B0 20lg
4 K j ZC
代入原始参数20 lg
4G0 jC0
K j
一般C0 G0 20lg
4C0 Kj
说明：⑴ 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：
P2 y ZC 2
P2
图0－3 远端串音功率
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结论二
⑴ 远端串音防卫度 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。
许有±1.7 分贝的波动。
A
1
2
N
BⅠ
② 一个增音段的远端串音防卫度
P1 P2
12
AP P
PN
N BⅡ
P
增音段：两个放大器之间的距离。 图0-4 含有个增音段的转接段
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：
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B fb1
10 lg
P P1
B fb2
10lg
P P2
B fbN
10lg
P PN
B fb1
P1 P 10 10
Bfb2
P2 P 10 10
B fbN
PN P 10 10
设 P1 P2 ，则P有N
B fb1 B fb2 B fbN Bfb
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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0－2 左图中实线 所示（顺时针方向）。
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结论一
由上面两种（电和磁）耦合看（如图0－2 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电流与磁耦 合电流之差。
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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 近端串音的影响相差不大。
⑵ 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。
其中： 20 lg 为2附加的衰耗，ρ 为反射系数。
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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
~
I10 e 1S
远端
1
I 2 j I 2 j
2
I2 j I2 j
与的夹角小于 ，即：
2
1 2 S
2
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。
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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。
主、被串回路均为钢线时， 12.8 km
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远端总串音电流
⑴
远端总串音电流：
I2y
j
K y I 01Z C1e 2
2 1 2
1e 1 2
其中：Ky 为远端电磁耦合系数
⑵ 远端串音衰耗：
By 10 lg
P10 P2 y
20lg
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。
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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准 减小串音的一般方法 通信中架空明线的应用
K
2e 2 y Z C1Z C 2
1e112
2
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如果两回路特性一致：ZC1 ZC2 ， ZC ， 2有： 1
lim
2 1
1 2
1e 1
2
lim 2 1
11 e 1 2
∴ By
20lg
2e 2l K yZC
2 20lg
K yZC
17
B fy
10 lg
P2 1mW
10 lg P2 y 1mW
10 lg
P2 P2 y
10 lg P20e2 10 lg P10e
P2 y
P2 y
1 2
10lg P10 P2 y
20lg e
By 8.686
20 lg 2
K y ZC
近端
~ P10
远端
ZC1
~ P20 P10
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近端串音衰耗标准 （同样也是越大越好）
⑴ 音频回路
防卫度与衰耗之间的关系：Bjb Bfb
⑵ 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。
Bjb Bfb 10lg N 20lg 2 3
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近端总串音电流
I2j j
K j Z
2 1
C1
2
I10
1e
1
2
其中： Kj —— 近端电磁耦合系数；
ZC1 —— 主串回路特性阻抗； I10 —— 主串回路始端电流；
1, 2 —— 主、被串回路的传播常数；
—— 线路长度；
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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
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电耦合（阻容耦合）
近端
1
1
主串Ⅰ
~ 2
2
3
3
被串Ⅱ
电
4
4
远端
1
2
3 4
K14 K32 KⅠⅡ
P10 P2 j
20lg
I10 I2j
ZC1 20lg 2 1 2 1
ZC2
K j Z C1Z C2 1e 1 2
当主、被串回路特性相同时有 1 2，阻 抗匹配时有 ZC1=
ZC2 = ZC，则：
B0 20lg
4 K j Z C
20 lg 1e 2
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