3.1.1. ФИЗНЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ВЗАИМ©ДЕЙСТВИЯ

Иствчники мощных электромагнитных помех создают в окружающем пространстве переменные электрические и магнитные поля. Характер изменения этих полей соответствует электромагнитным процессам, протекающим в источниках излучения. Если в пространстве, где существует переменное электромагнитное Пеле, поместить проводник, то под влиянием электрической и магнитной индукции в проводнике возникнут так называемые индуцируемые напряжения и токи, котерые и являются реакцией проводника на внешнее воздействие. Они в дальнейшем будут называться наведенными.

Процессы взаимодействия переменных электромагнитных полей с проводниками и, в частности, с линиями связи сложны и зависят от многих факторов. Главным из них является земля, выступающая в роли проводящего полупространства и оказывающая тем самым существенное влияние как на формирование ЭМ© в окружающем проводник пространстве, так и на собственные электрические характеристики линии связи. Поэтому при анализе процессов электромагнитного влияния удобно прежде всего разделить линии связи по месту их расположения на воздушные и подземные.

Линии связи над землей. Рассмотрим линию связи, находящуюся над поверхностью земли на высоте h, на которую воздействует электромагнитное поле (рис. 3.1). Будем считать, что высота подвеса выбрана так, что электромагнитное поле у поверхности земли по высоте подвеса линии существенно не меняется. На концах линия нагружена на сопротивления Zi и Za, которые в общем случае могут принимать любые значения. Так, если линия связи несимметричная, то для неискаженной передачи сигнала сопротивления нагрузки Zi и должны быть равны волновому сопротивлению линии; если же имеем дело с симметричной скрученной парой, то Zi и Zj бесконечно большие; н, наконец, если рассматривается воздушная коаксиальная кабельная линия, имеющая металлическую оболочку, соединенную на концах с землей, то Zi и Za равны нулк>.

Реакция линии связи на воздействие внешнего электромагнитного поля заключается в разделении зарядов на линии и их растекании. Чтобы начался переходной процесс в линии связи, необходима сила, способствующая движению зарядов вдоль проводника. Такой силой может быть только направленная вдоль провода ЭДС, появление которой связано с электрическими полями, направленными вдоль проводника, независимо от порождающих их причин.

Рис. 3.1. Воздушная линия связи над поверхностью земли:

а - физическая модель; б - дискретная схема замещения участка воздушной линия

iB рассматриваемом случае таких причин две: одна -это состарляющая на-иряженности электрического поля источника помехи, направленная вдоль провода, а другая - магнитное поле источника. При этом характер воздействия магнитного поля на систему провод - земля имеет свои- особенности. Во-первых, яеременное во времени магнитное поле индуцирует на поверхности земли электрическое поле Е., под действием которого текут поверхностные токи. Во-вто-аых, происходит воздействие магнитного поля, а точнее, изменяющегося во времени магнитного потока, на контур провод - земля. В зависимости от того, будет ли этот контур замкнут или разомкнут, это воздействие различно..

Действительно, если в линии выделить элементарный контур а, Ь, с, d (см. рис. 3.1), как это сделано в [7], то он будет пересекаться переменным магнитным потоком

АФ = 11 \НАх. y)dy dx.

Благодаря изменению во времени этого потока в контуре наводится ЭДС, пропорциональная - dA0ldt, под действием которой в линии потечет ток. Это утверждение справедливо только если стороны аЬ и cd этого контура проводящие. В этом случае под действием магнитной составляющей напряженности электрического поля, которая возникает при изменении во времени магнитного поля, вдоль сторон аЬ и cd контура начали бы двигаться электрические заряды, компенсирующие поле внутри этих проводников. Эти заряды создали бы продольную составляющую электрического поля, под действием которой и начался бы переходной процесс в линии. Поскольку в рассматриваемом случае стороны дЬ и cd находятся в идеальном диэлектрике, такой процесс отсутствует, продольная составляющая напряженности электрического поля не возникает и переходной процесс в линии, а следовательно, и реакция линии на магнитное доле равна нулю.

Строго говоря, это утверждение справедливо только для проводов, радиус которых равен нулю. Если поперечное сечение провода имеет конечный размер, то в нем происходит поперечное смещение зарядов, компенсирующих поле внутри провода. Как показано в [7], значение поля пренебрежимо мало. Поэтому можно считать, что в реальных воздушных линиях связи, радиус проводов которых несоизмеримо мал по сравнению с высотой подвеса линии, реакция линии, не имеющей гальванической связи с землей, на внешнее магнитное поле равна нулю и никаких переходных процессов в линии при этом ие возникает. Это не означает, что внешнее магнитное поле в этом случае не создает никакого напряжения между проводом и землей.

Описанные процессы характерны для линий связи над поверхностью земля, не имеющих с ней гальванической связи, или если внешнее электромагнитное воздействие осуществляется на часть линии вдали от ее концов, связанных с землей через нагрузочные сопротивления.

В противном случае, как отмечалось, в линии возникает ЭДС, связанная е только с электрическим полем источника помех, но и с изменением во времени магнитного потока, пронизывающего полностью или частично замкнутый жонтур провод - земля.

Расчет влияния МЭМП на линии связи РЭС заключается в пересчете характеристик ЭМО в окружающем линию пространстве в электрические величины {(напряжение, ток, продольная ЭДС) в линии связи.

Решение задачи сводится к интегрированию системы дифференциальных уравнений, которая в общем случае для k источников излучения, оказывающих электромагнитное влияние на i линий связи, в предположении, что линии связи не оказывают влияния друг на друга, имеет вид

дО, . . . .

- =-Zii/i-2 (Ehx + EkB + Ek-,).

dh дх

(3.1)

Здесь Oi, h - ток н напряжение в цепи i; Zu - собственное комплексное сопротивление единицы длины цепи i; Ya - собственная комплексная проводимость единицы длины епи i; Eh х-яапряженность тангенциального электрического поля, излучаемого -источником в окружающем цепь t пространстве; fi.j - напряженность тангенциальной составляющей электрического поля, вызывающая переходной процесс на поверхности земли от k-то источника излучения в отсутствие цепи i, которая определяется через напряженность магнитного поля и проходное поверхностное сопротивление земли:

EhxM = Hkz(x. 0) 1/ц8[1+аз/0-(0Е)]; (3.2)

Ёт - Продольная составляющая электрического поля, вызывающая переходной процесс в замкнутом контуре провод - земля под действием пересекающего его и изменяющегося во времени магнитного потока:

Eh в (ж) = / Wfi Hhz (х, у) dy. (3.3)

В том же случае, когда линия не имеет гальванической связи с землей, влияние магнитного поля источника проявляется через параметр

Укв(х}=Уц1ч> Hkzix. y)dxdy. (3.4)

который входит в правую часть второго уравнения системы (3.1) (соответствующий ему эквивалентный генератор не приведен на схеме замещения рис. 3.1).

Й, наконец, параметр генератора JhE для координаты х можно найти из выражения

Jf,EM = yiAEuy(x. y)dy. (3.5)

Зная параметры, входящие в (3.1), нетрудно одним из стандартных способов, изложенных в курсах математического анализа или математической физики, определить реакцию линии связи на внешнее электромагнитное воздействие в виде наведенных в ней токов и напряжений.

При воздействии на линию связи импульсных электромагнитных полей, так же как и для частотно-избирательиых цепей, временной анализ проводят несколькими способами: иа основе полученных решений для синусоидальных процессов путем обратного фурье-преобразования, методом операционного исчис-