Transcript

1 Základné veličiny elektrických ký vedení Miloš Orgoň

2

3 Na prenos signálu sú predovšetk etkým používané tieto prenosové cesty: Oznamovacie káble: symetrická dvojlinka, napr. krútená dvojlinka (Twisted Pair), koaxiálny kábel, optický kábel, mnohovidový nebo jednovidový. Bezdrôtové spoje: smerové spoje s parabolickými anténami, rádiové spoje so všesmerovými vysielacími anténami pre rozhlas a televíziu, satelitné vysielanie i rozhlasu a televízie, rádiová sieť pre mobilné telefóny.

4 Elektrický telekomunikačný kábel ako prenosová cesta je časť komplexného prenosového systému, preto ovplyvňuje prenos signálu celým systémom. Na analýzu vplyvov vedenia na prená- šaný signál sa používa fyzikálny model vedenia. Základným mode- lom z hľadiska vstupu a výstupu signálu je štvorpól s dvoma vstupnými a dvoma výstupnými svorkami (obr.). Prenos signálu (napäťového alebo prúdového) zo vstupu na výstup ovplyvňujú štyri veličiny (vlastnosti vedenia): elektrický odpor vedenia R, elektrická kapacita vedenia C, elektrická indukčnosť vedenia Z, elektrická vodivosť izolácie medzi vodičmi G. Odpor a indukčnosť je možné zmerať na vstupe pri výstupu nakrátko a veličiny C a G je možné zmerať pri výstupe naprázdno (pri rozpojenom výstupe). Vodivosť G je prevrátená hodnota izolačného odporu Riz (G = 1/Riz) ) medzi oboma vodičmi. Hodnoty uvedených veličín je možné taktiež vypočítať z rozmerov vedení, materiálových konštánt vodičov a prostredia obklopujúceho vodiče.

5 Odpor vedenia R Odpor (rezistencia) vedenia je odpor sériovo spojených oboch vodičov a je ho možné vypočítať z celkovej dĺžky oboch vodičov, prierezu vodiča A a merného odporu (rezistivity) ρ alebo mernej vodivosti (konduktivity) γ = 1/ρ materiálu vodiča (obr.) Obr. Veličiny ovplyvňu- ň júce odpor vedenia

6 Pri striedavom napätí s frekvenciou nad 20 khz narastá odpor (presnejšie impedancia) vodiče vplyvom povrchového efektu nazývaného skinefekt. Indukčnosť vodiča, resp. indukované magnetické pole vytvára indukované napätie orientované proti napätiu prúdu indukujúceho magnetické pole. Tento efekt sa najviac prejavuje v osi vodiča a slabne k povrchu (skin = koža) vodiča. Prúd je tak vytláčaný k povrchu vodiča, klesá tak efektívny prierez vodiča a induktívna reaktancia zväčšuje impedanciu Z vodiča. Pomer Z/R narastá s frekvenciou (nasledovná tab.). Na obmedzenie skinefektu sa namiesto plného vodiča používa lanko z tenkých drôtikov (vysokofrekvenčné lanko), alebo sú používané postriebrené medené drôty, v ktorých je väčšia prúdová hustota na okrajoch kompenzovaná väčšou vodivosťou striebra. Pri prenose vysokofrekvenčných signálov je impedancia vedenia zväčšená účinkom skinefektu.

7 Tab. Nárast impedancie i vodiča voči odporu vplyvom skinefektu kt f khz ZIR vodič Ø13mm 1,3 izolacia: styropor/vzduch ZIR koaxiálny kábel 2,6/9,5 vnútorný vodič Ø 2,6 mm vonkajší vodič Ø 9,5 mm 0 1 nepoužíva sa 5 1, , , , nepoužíva sa , ,5

8 Kapacita vedenia C Vodiče dvojvodičového vedenia tvoria s izoláciou medzi nimi kondenzátor. Kapacita doskového kondenzátora sa dá vypočítať zo vzťahu: C = [F] kde ε 0 je permitivita (dielektrická i ká konštanta) t vákua, ε r je pomerná permitivita materiálu (dielektrika), A je plocha prierezu elektrického poľa, resp. plocha elektród (jednej z rovnakých dosiek) a d je vzdialenosť doskových elektród (tu je zhodná s dĺžkou siločiar). V prípade dvojvodičového vedenia (obr. 1) je možné za A dosadiť plochu povrchu jedného z vodičov a za vzdialenosť d priemernú dĺžku siločiar. Pre kapacitu dvojlinky (obr. 2) je možné potom odvodiť vzťah C =.. kde r je polomer vodiču, d je vzdialenosť vodičov a l je dĺžka dvojlinky (ln je prirodzený logaritmus).

9 Obr. 1 Vedenie ako kondenzátor (schematicky) Obr. 2: Siločiary elektrického poľa medzi dvoma vodičmi

10 Pre striedavé napätie s frekvenciou f predstavuje kapacita C medzi vodičmi kapacitný jalový odpor, kapacitnú reaktanciu alebo tiež kapacitanciu: X c = [Ω] Cez priečnu kapacitnú reaktanciu preteká medzi vodičmi priečny jalový prúd. S rastúcou frekvenciou klesá kapacitný jalový odpor (reaktancia) a narastá kapacitná jalová vodivosť, t.j. kapacitná susceptancia: B c = Kapacita vedenia je daná konštrukciou (typom) a dĺžkou vedenia. Zväčšenie dĺžky kábla teda spôsobí: zväčšenie. zväčšenie. zmenšenie.. zväčšenie....

11 Okrem vlastnej kapacity vedenia (medzi vodičmi a, b dvojlinky) je nutné do celej prevádzkovej kapacity C p zahrnúť ešte e kapacity vodičov voči zemi, resp. uzemnenému plášťu kábla C az, C bz. Náhradné zapojenie kapacity C ab medzi vodičmi a kapacít vodičov voči zemi (obr.) umožňuje vypočítať kapacitu ako paralelné spojenie C ab a sériovo spojených C az, C bz. Prevádzková kapacita dvojvodičového symetrického vedenia zahrňuje kapacitu medzi vodičmi a kapacity vodičov voči zemi. C p =. Obr. Náhradné zapojenie dvojvodičového vedenia z hľadiska prevádzkovej kapacity

12 Koaxiálny kábel má kapacitu C ko = kde D je priemer vonkajšieho vodiča a d priemer vnútorného vodiča, č a s kapacitou voči okoliu sa nemusí počítať, pretože vonkajší vodič býva uzemnený.

13 Indukčnosť ť vedenia L Elektrický prúd prechádzajúci vedením vytvára okolo vodičov magnetické pole. Obr. 1 Magnetické indukčné čiary symetrického Obr. 2 Magnetické indukčné čiary dvojvodičového dič vedenia koaxiálneho nesymetrického vedenia

14 Ak je vedenie na jednom konci napájané a na druhom konci prepojené, vytvára cievku s jedným závitom (N=1). Magnetomotorické napätie F m =. vytvára magnetický tok Φ (obr. 1). Podľa Hopkinsonovho zákona pre magnetický obvod platí F m =. kde R m je magnetický odpor závislý na prostredí a rozmeroch vedenia. Platí: R m =.. kde L je indukčnosť vedenia (magnetického obvodu), pre ktoré u cievky platí: L = kde N -, A -, µ -, l m

15 Pre magnetický odpor potom platí: R m = kde μ = μ 0 μμ r. Konštanta μ 0 je permeabilita vákua μ r je relatívna permeabilita prostredia. V uvažovanom prípade dvojlinky je N = kde d je vzdialenosť vodičov a l je dĺžka dvojlinky. Potom platí: L = Pri zanedbaní magnetického toku vo vnútri vodičov priemeru a, t.j. skinefektu, je indukčnosť dvojlinky daná vzorcom: L =.

16 Základné veličiny elektrických vedení Indukčnosť teda narastá približne logaritmicky so vzdialenosťou vodičov d (napr. pri náraste pomeru d/a z 5 na 17 sa indukčnosť približne zdvojnásobí). Z uvedených vzťahov vyplýva: s nárastom vzdialenosti vodičov pri ich nemennom priemere narastá indukčnosť ť dvojlinky; pri poklese priemeru vodiča dvojlinky klesá dĺžka veľkého množstva indukčných čiar, t.j. aj stredná dĺžka l m magnetických indukčných čiar mimo vodičov a narastá indukčnosť dvojlinky; indukčnosť koaxiálneho kábla (obr. 2) s vnútorným vodičom o priemere a a vonkajším vodičom o vnútornom priemere b sa vypočíta podľa vzorca: L =.

17 Indukčnosť vedenia L predstavuje pre striedavé napätie s frekvenciou f induktívny jalový odpor, induktívnu reaktanciu alebo tiež induktanciu X L, pre ktorú platí vzťah: X L =... Cez pozdĺžnu induktívnu reaktanciu preteká pozdĺžny jalový prúd. Induktívna reaktancia narastá s frekvenciou a indukčnosťou a indukčnosť narastá s dĺžkou vedenia. Zväčšenie dĺžky vedenia spôsobí: zväčšenie plochy prierezu A magnetického toku Φ, zväčšenie magnetickej vodivosti Λ (Lambda) Λ =. zväčšenie indukčnosti L, zväčšenie induktívnej reaktancie X L.

18 Izolačný odpor vedenia Riz Izolačný odpor R iz medzi vodičmi vedenia je prevrátená hodnota vodivosti G a týmto odporom preteká malý prúd (obr. 1). Celkový odpor je nahradený v náhradnom zapojení jediným odporom R iz. Obr. 2 Model izolácie medzi vodičmi vedenia Obr. 1 Izolačný odpor (v náhr.zap. vedenia) Na schematickom obrázku (obr. 2) je vzdialenosť medzi vodičmi a, b označená l iz a predstavuje hrúbku izolačnej vrstvy. Rozmery izolácie sú závislé na konštrukcii kábla.

19 Plocha prierezu izolácie S iz je súčinom šírky izolácie b iz a dĺžky vedenia l. Veľkosť izolačného odporu podľa modelu na obrázku 2 potom je: R iz. =.. Vodivosť G je prevrátená hodnota izolačného odporu R iz. Vodivosť sa tiež nazýva zvodom, ktorým preteká priečny prúd I iz. Jednotkou vodivosti je siemens [S]. Vodivosť G (zvod) izolácie je nezávislá na frekvencii napätia rovnako ako izolačný odpor R iz. Zvodový prúd je pri prenose striedavého signálu po vedení vlastnosťou, ť ktorú má každý kondenzátor. Táto zložka prúdu narastá s rastúcou frekvenciou a narastajúcim jalovým kapacitným prúdom spôsobujúcim posun elementárnych nábojov v dielektriku, t.j. polarizáciu dielektrika. Zväčšenie dĺžky vedenia spôsobí zväčšenie plochy prierezu Aiz izolácie medzi vodičmi, zmenšenie izolačného odporu Riz medzi vodičmi, zväčšenie vodivosti G (zvodu) izolácie, zväčšenie priameho zvodového prúdu Iiz (stratového prúdu).

20 Parametre vedenia Veličiny vedenia R, C, L sú závislé dĺžke vedenia. Izolačný odpor Riz je nepriamo úmerný dĺžke vedenia, resp. jeho prevrátená hodnota - vodivosť G - je priamo úmerná dĺžke vedenia ako aj ostatné tri veličiny. Hodnoty veličín R, C, L, G, priamo úmerné dĺžke vedenia vztiahnuté k dĺžke vedenia 1 km, sa označujú č ako parametre vedenia alebo charakteristiky vedenia a označujú sa čiarkou: R', C', Ľ, G'. Prehľad charakteristických hodnôt vedení a ich jednotiek: Obr. Náhradná schéma vedenia dĺžky 1 km

21 Charakteristické hodnoty sú udávané pre určité frekvencie. V nasledujúcej tabuľke sú uvedené charakteristiky vedení pri frekvencii f = 800 Hz: Druh Materiál Priemer vedenia vodičov vodičov v [mm] vzdušné vedenie, symetrické káblové vedenie, symetrické, krížová štvorka bronz tvrdá meď med' izolácia i z papieru alebo bublinkového polyetylénu Tab. Charakteristiky vedení (príklady) R' [Ω/km] C' Ľ G' [nf/km] [mh/km] [S/km] ,7 5,5 5,4 6,0 2,2 2,0 11 0,4 0,6 0, ,7 0,7 0,1 0,1 73,2 07 0,7 01 0,1 0,9 1,2 1,4 56,6 31,8 23, ,7 0,7 0,7 Z charakteristickej hodnoty udávanej výrobcom a z nameranej hodnoty na vedení je možné vypočítať neznámu dĺžku vedenia, napr. / = R/R'. 0,1 0,1 0,1

22 Príklad: výpočet dĺžky kábla

23 Náhradná schéma vedenia Veličiny alebo charakteristiky tik vedenia ovplyvňujú ň vedenie rovnomerne po celej dĺžke. Tieto charakteristiky sú však pre potreby výpočtu zobrazované ako sústredené pomocou náhradnej schémy vedenia (obr. na predch. str.). Pri použití charakteristických hodnôt predstavuje táto náhradná schéma vedenia dĺžky 1 km. Hodnoty odporu a indukčnosti vedenia by mali byť symetricky y rozložené na oboch vodičoch vedenia. Vodiče sú však zapojené v sérii a preteká nimi rovnaký prúd, preto môžu byť ich celkový odpor R a celková indukčnosť L reprezentované podľa náhradnej schémy spoločnými prvkami (obr.). Vedenie je napájané napätím U 1, a zaťažované na výstupe záťažou R a, resp. prúdom I 2. Obr. Úbytky napätia a prúdy podľa náhradnej schémy vedenia

24 Pôsobenie veličín vedenia Podľa zapojenia prvkov reprezentujúcich jednotlivé veličiny č v náhradnej schéme (sériové é alebo paralelné a zapojenie e vzhľadom na vstupné svorky) je zrejmý účinok jednotlivých veličín na výstupné napätie a na výstupný prúd. Z náhradnej schémy na obr. 1 je zrejmé, že výstupný prúd nie je závislý len na vstupnom napätí U 1, a na záťaži R a, ale je ovplyvňovaný aj vlastnosťami (veličinami) vedenia: Odpor vedenia R Spôsobuje úbytok napätia U R = R I, ktorý sa odčíta ako strata od vstupného napätia U 1 a zmenšuje tak výstupné napätie U 2. Indukčnosť vedenia L Pôsobí ako induktívna reaktancia XL pri striedavom napätí, t.j. vytvára úbytok napätia U L =X L I I, ktorý zmenšuje výstupný signál voči vstupnému.

25 Kapacita vedenia C Pôsobí ako kapacitná reaktancia X C medzi vodičmi, spôsobuje teda zvod striedavého signálu paralelne k záťaži R a, teda jalový prúd I C = U/X c zmenšuje (v závislosti na frekvencii) výstupný prúd I 2. Vodivosť G (zvod) je prevrátená hodnota priečneho odporu R iz izolácie, cez ktorú preteká priečny zvodový prúd I G =., ktorý zmenšuje výstupný prúd I 2. Pôsobením veličín vedenia sú výstupné hodnoty vedení U 2,I 2 menšie, e, než vstupné hodnoty oty U 1, I 1.

26 Zhrnutie: Odpor a indukčnosť vedenia spôsobujú úbytky napätia, ktoré zmenšujú výstupné napätie. Kapacita vedenia a izolačný zvod spôsobujú prúd, ktorý zmenšuje výstupný prúd. Telefónne linky Kvalita telefónnych liniek by v súčasnej dobe by mala byť dobrá. Čo všetko môže mať vplyv na kvalitu dátového spojenia? (zámerne á uvádzam dátového, pretože pri hovore nám mnoho vecí nemusí vadiť) 1) v prvom rade by mala byť v poriadku inštalácia - v byte, firme atď., 2) nesmie tam byť paralelný telefón!!! Modemy totiž pri nadväzovaní spojenia testujú linku a na rýchlosti prenosu sa dohodnú. Musí byť správne nastavený port modemu pre modemy 56k na rýchlosť kbit/s, ale nesnažiť sa pripojovať len touto rýchlosťou!!! 3) Pokiaľ sú vodiče linky z nejakého dôvodu predlžované, nesmú byť iba stočené a izolované, ale musia byť pospájkované!!! (vzhľadom na minimálne prechodové odpory).

27 Ďalšie faktory, ktoré môžu mať vplyv na kvalitu sú: 4) Zariadenie by malo byť homologizované, 5) Samotné vedenie od ústredne (kábel) by nemal mať narušený plášť -vniká doň potom vlhkosť - a vznikajú tak zvody, niekdy sú dokonca tak veľké, že sa to javí ako prizemnený jeden vodič. To vnáša do linky hluky, ale do zariadení aj signály, ktoré môžu byť VF a následne demodulované a prejavia sa ako rušivé až v modeme. Pre hovor nám mnohé nevadí. Prizemnený vodič spôsobuje primárne brum a nesymetriu inak symetrického vedenia. Následne sa uzatvárajú kapacitné prúdy so sieťou 230V a nešťastie môže byť na svete. 6) Pokiaľ sme schopni aspoň čiastočně vylúčiť vyššie uvedené problémy, a cez to si s tým naším vedením nevieme dať rady, potom by sme mali požiadať Telecom o promeranie linky s tým, že ju používame aj pre dátový prenos - pre zabezpečenie kvalitného telefonovania sú iné odoporúčania ITU-T (skôr CCITT), ak pre dátové okruhy!!! Telefónne linky vykazujú niektoré základné charakteristické vlastnosti. Sú to: Odpor R(Ohm) rádovo Indukčnosť ť L(Henry) rádovo.. Kapacita C (Farad) rádovo. Zvod G (Siemens) rádovo..

28 Od týchto, tzv. primárnych konštánt vedení - rôznych pre rôzne druhy vedení - vzdušné, káblové nízkofrekvenčné, káblové vysokofrekvenčné, koaxiálne a kombinované sa potom odvíjajú aj ich tzv. sekundárne konštanty vedení, ktorými sú : Impedancia Z, Tlmenie v db, Rýchlosť šírenia, Harmonické a fázové skreslenie. Pokiaľ sa budeme teraz zaoberať iba miestnou sieťou, tak ako to asi väčšina z nás vníma - ústredňa a náš telefón alebo modem - budú nás zaujímať predovšetkým: 1. Odpor vedenia, 2. Zvody vedenia, 3. Impedancia vedenia 4. Tlmenie vedenia 5. Hluky - rušivé napätia.

29 ODPOR vedenia: Obmedzujúcí faktor možnosti pripojenia k ústredni vzhľadom na potrebný prúd dodávaný ústredňou do nášho koncového telekomunikačného zariadenia (KTZ). Typická hodnota cca 40mA, minimálna potom cca 25mA. Z toho v závislosti na materiáli vodičov a ich priemere spolu s napájacím napätím ústredne (obvykle 60V; nové ústredne môžu mať aj 48V) dostávame maximálnu možnú vzdialenosť od ústredne po vodičoch (nie vzduchom) asi okolo 8-10km pre 60V napájanie a o 20% menej pre 48V napájanie. Sem je potrebné započítať aj všetky prechodové odpory, ktoré môžu byť napr. pod skrutkou, v spojke káblov, v rozvádzačoch atď. Nedokonalý kontakt, ktorý sa navyše ešte mení, je horší, než zvýšený odpor konstantný. Na odpore, ako jednej z primárnych konštánt, totiž závisí tlmenie vedenia a impedancia vedenia. Ak sa teda mení odpor, nutne sa mení aj impedancia a tlmenie. Pre modem a fax to napr. znamená meniacu sa silu signálu a jeho kvalitu. Prechodový odpor dokáže linku úplne prerušiť.

30 Príklad: Dajme tomu, že máme telefónnu linku a používame telefón a modem. Ústredňa poskytuje 60V alebo 48V napájanie a prúd pre používaný prístroj. Keď ale ústredňa vyzváňa - posiela striedavých sinusových 75V/25Hz. Pokiaľ je niekde prechodovýodpor, je toto napätie schopné ho preraziť a vedenie sa bude chovať v poriadku. Pre lepšie pochopenie teraz pripusťme, že toto vedenie prestaneme používať pre telefón a zriadime svojpomocne pevnú linku pripojenú k Internetu. Čo sa stane? 1) Zmizne z propojovacieho reťazca ústredňa a teda napájacie napätie 60V alebo 48V a taktiež sa nebude vyzváňať, teda i 75V/25Hz. Nemáme teraz žiadne napätie, ktoré by prechodový odpor "prerazilo". 2) Pripusťme, že nám zostane modem. Sila signálu, ktorú modem sám posiela do vedenia by mohla čisto teoreticky byť najviac 0,775V!!! Ale nesmie byť, vďaka predpisom ITU-TSS, TSS, môže byť max. -6dB čo je 0,3875V!!! POZNÁMKA: - telefónny prístroj dodáva do telefónneho vedenia o impedancii ii 600 Ω výkon 1mW, čomu zodpovedá dá napäťová áúroveň ň 0,775V čo je v telekomunikáciách úroveň signálu 0 db.!!! Čo sa teda bude diať ďalej?

31 3) Vzhľadom na to, že modemy pri nadväzovaní spojenia testujú linku na rýchlosť prenášaných dát, niektoré dokonca aj na veľkosť prúdu vedením (to máme už ústredňu zase na svojom mieste) môže sa stať, že na začiatku je všetko v poriadku. Prúd sa vo vedení ustálil, prenáša sa analógový signál a prechodový odpor sa postupne začína zväčšovať, prúd postupne klesá, žiadne zvonenie. Žiadne napätie potrebnej sily, ktoré by prechodový odpor prerazilo. A tak signál a prúd vo vedení klesá ďalej. Aké sú možnosti? A) Ak klesne prúd od ústredne pod medzu, keď modem už nie je schopný udržať slučku, dôjde k rozpojeniu! B) Ak klesá signál od modemov, o nášho i náprotivného, o, ale prúd vo vedení je v poriadku, môže klesať signál až na úroveň - 43dB!! Tomu zodpovedá sila signálu (vo voltoch) 0,006V!!! Pri 0,005V by mal už zrušiť spojenie. Je tu síce ešte istá tolerancia, takže niektorý modem môže zrušiť spojenie až pri 3mV, ale to už podľa odoporúčania ITU-TSS "MUSÍ"zavesiť. Navyše si treba uvedomiť, že sa už pohybujeme na úrovniach hlukov!! Preto modemy majú možnosť nastaviť menšie citlivosť vstupov a to o 10dB teda z - 43dB na hodnotu -33dB. Podobne taktiež faxy.

32 IMPEDANCIA - Z Impedancia telefónneho vedenia a taktiež telefónneho prístroja má mať hodnotu 600 Ω. Ak je tomu tak u oboch, a sú vzájomne spojené, potom zdroj signálu odovzdáva záťaži optimálny výkon. Z rovnice prispôsobenia potom platí, že polovica výkonu sa stratí tí na vnútornom odpore zdroja a polovica je odovzdaná d záťaži, teda vedeniu. Po odčítaní tlmenia potom zistíme, koľko sa dostáva na náprotivný modem. (Pozor! Modemy smú ale vysielať len 0,3875V maximálne), pretože ide o signál konštantnej úrovne na rozdiel od hovoru. Istú analógiu môžeme nájsť pri HiFi sínusový versus hudobný výkon. Možno by si niekto povedal, že to nie je tak hrozné. Je a nie je. Uvedieme to na príklade. V aute vnútorný odpor batérie je asi 0, Ω. Batéria je pripojená jednou stranou na kostru auta a tu bude povedzme prechodový odpor 0,1 Ω. Druhá strana batérie je pripojená na štartér s prechodovým odporom 0,01 Ω. Pri štarte preteká štartérom napríklad 100 A. Aké sú úbytky napätia na jednotlivých odporoch? (U = R I) Batéria.. Pripojenie na kostru.. Pripojenie na štartér. Strata. Na štartovanie nám potom zostane z 12V batérie na štartéri 0,6V a s tím sa p nedá naštartovať! Takže nie vždy musí byť zlá batéria, keď auto neštartuje. Medzi pracovníkmi pracujúcimi v oblasti telekomunikácií sa často hovorí, že prechodový odpor vedenia je postrachom spojárov.

33 Vlnová impedancia vedenia Z Účinky jednotlivých zložiek podľa náhradnej schémy vedenia na striedavý (napr. sínusový) signál nie sú časovo synchrónne a predstavujú vo svojej súčinnosti komplexnú impedanciu, ktorá spôsobuje fázový posun medzi napätím a prúdom na vedení. Fázové posuny medzi vektormi prúdu a napätia je možné popísať pomocou komplexných čísel v Gaussovej rovine. Výraz pre vnútornú vlnovú impedanciu je možné vyjadriť v tvare:. Dlhé vedenie je možné reprezentovať náhradným zapojením zloženým z článkov zobrazených na nasled. obr. so zaťažovacím odporom R a (resp. impedanciou) na konci (obr.). Pri nekonečne dlhom vedení je účinok R a zanedbateľný. Hodnoty R, L, G, C vo výraze pre Z musia byť vztiahnuté k rovnakej dĺžke vedenia (násobné konštanty pre inú než jednotkovú dĺžku sa vykrátia). Obr. Náhradná schéma dlhého vedenia

34 Pri veľmi dlhom vedení sa impedancia vedenia z pohľadu vstupu Z = U 1 / I 1 javí rovnako pri rozpojenom, zaťaženom alebo skratovanom výstupe. Vlnová impedancia je pre oblasť vysokých frekvencií charakteristickým údajom pre vedenie. Skôr používaná televízna dvojlinka mala impedanciu 300 Ω a dosiaľ používaný koaxiálny kábel má impedanciu 75 Ω (pre oblasť III. a IV. TV pásma).

35 Obr. Priebeh okamžitej hodnoty napätia a prúdu pozdĺž vedenia v určitom okamihu šírenia sínusového signálu Efektívne hodnoty napätia i prúdu sa zmenšujú proporcionálne so vzdialenosťou od vstupu vedenia (zdroja signálu) a jejich pomer zostáva zachovaný (obr.) a je rovný absolútnej hodnote vlnovej impedancie Z (absolútnej hodnote komplexného čísla vyjadrujúceho impedanciu vedenia v komplexnom tvare), keď platí: Z =

36 Označenie vlnová impedancia súvisí s pomerom vĺn striedavého napätia a vĺn striedavého prúdu šíriacich sa synchrónne s fázovým posunom o po vedení. Pri šírení týchto vĺn sa na začiatku i v každom mieste vedenia mení okamžitá hodnota napätia s frekvenciou vstupného signálu. Rozdelenie nábojov v oboch vodičoch vedenia zodpovedá okamžitým hodnotám prúdu v jednotlivých miestach vedenia. Rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn v = závisí na permitivite a permeabilite prostredia, t.j. na druhu kábla. Vo vzduchu je ε r = 1, µ r = 1 a vlnenie sa šíri rýchlosťou svetla c. Rýchlosť šírenia signálu v kábloch je medzi km/s až km/s (rýchlosť svetla).

37 Výpočet vlnovej impedancie Z pre vedenie bežnej dĺžky (nie nekonečnej) je možné uskutočniť približne dvojakým spôsobom. Obr. 1 Vedenie naprázdno Obr. 2 Vedení nakrátko

38 1. Výpočet z výsledkov merania Pri rozpojenom a pri skratovanom konci vedenia (obr. 1 a 2) je možné na vstupe vedenia napájaného signálom zmerať efektívne hodnoty napätia a prúdu a z nich vypočítať pre oba prípady impedanciu (vlnovú impedanciu) vedenia: - vlnový odpor vedenia naprázdno Z 0 (R a > ) - vlnový odpor vedenia nakrátko Z k (R a = 0) Pri vedení naprázdno sa neuplatnia členy R, L a platí:. Pri vedení nakrátko sa neuplatnia členy G, C a platí:... Vlnovú impedanciu vedenia Z je potom možné vypočítať zo vzťahu:..

39 2. Výpočet z veličín vedenia Obecný vzorec pre vlnovú impedanciu v komplexnom tvare poskytne výsledok dávajúci predstavu i o fázových pomeroch vĺn napätia a prúdu. Pre absolútnu hodnotu impedancie i sa však používa niektorá zo zjednodušených foriem vzorca. Zjednodušenie je možné uskutočniť pre oblasť vysokých frekvencií, t.j. pro veľké ω (vedenia pre diaľkové multiplexné prenosy), alebo pre oblasť nízkych frekvencií (vedenie pre hovorové pásmo). Veličiny použité na výpočet sa musia všetky vzťahovať k rovnakej dĺžke vedenia. Hranice medzi rozsahom vyšších a nižších frekvencií ležia v prípade diaľkových oznamovacích káblov medzi 5 khz a 50 khz a je určená podmínkou R = X L. Pri vyšších frekvenciách je induktívna reaktancia X L = ω L rádovo väčšia než odpor R a pri nižších frekvenciách je naopak voči odporu R zanedbateľná. U bežných oznamovacích vedení je možné v každom prípade zanedbať zvod G voči kapacitnej susceptancii B c =.

40 V uvedených prípadoch je potom možné vzorec pre vlnovú V uvedených prípadoch je potom možné vzorec pre vlnovú impedanciu Z zjednodušiť na tvary:

41 Príklady: výpočty vlnovej impedancie vedenia Z Príklad 1: Určite vlnovú impedanciu Z dvojvodičového symetrického vedenia s plnými medenými vodičmi o priemere 0,6mm pri frekvencii f = 800 Hz (R >>XL). Riešenie: V tabuľkách je možné nájsť tieto parametre uvedeného vedenia: R' = 130 Ω/km, C' = 38 nf/km. Zo vzťahu pre veľkosť vlnovej impedancie Z na nízkych frekvenciách vyplýva:

42 Príklad 2: Určite vlnovú impedanciu Z dvojvodičového symetrického vedenia s plnými medenými vodičmi o priemere 1,2mm pri frekvencii f = 120 khz (R << XL, G << ω C). Riešenie: V tabuľkách je možné nájsť Ľ = 0,7 nf/km. Zo vzťahu pre vlnovú impedanciu Z pre vysoké frekvencie vyplýva:

43 V oblasti nízkych frekvencií je frekvenčná č závislosť ť vlnovej impedancie ovplyvnená kapacitou vedenia, ktorá spôsobí oneskorenie napätia za prúdom. Fázový uhol medzi napätím a prúdom je možné odvodiť z komplexného tvaru impedancie. Pokiaľ stačí vypočítať len efektívnu hodnotu prúdu, je možné deliť efektívnu hodnotu impedancie Z, ktorej výpočet sa obíde bez odmocňovania komplexného (resp. čisto imaginárneho) čísla R/(j ω C). V oblasti vysokých frekvencií sa vedenie chová ako LC rezonátor a neposúva fázovo prúd voči napätiu. Výraz pod odmocninou je po úprave reálny a hodnota impedancie Z je taktiež reálna, čo zodpovedá rovnakej fázi napätia a prúdu. Vlnová impedancia vedenia je: pri nízkej frekvencii a malom zvode frekvenčne závislá a pri vysokej frekvencii nezávislá na jej veľkosti. Vlnová impedancia telefónnych káblov s papierovou izoláciou používaných v miestnych sieťach býva v rozpätí od 600 Ω do 1200 Ω. Diaľkové káble majú tieto vlnové impedancie: symetrický kábel pre S0 zbernicu ISDN: Z = 100 Ω, koaxiálny kábel: Z = 50 Ω až 75 Ω.

44 Impedančné prispôsobenie Na prenos informácií v oznamovacej technike je je potrebné len málo energie. Energia preneseného signálu však musí stačiť na zreteľnú identifikáciu signálu v prijímači. Každé prenosové vedenie pôsobí ako spotrebič a tlmí signál. Vedenie teda zaťažuje zdroj signálu svojou vlnovou impedanciou Z. Ďalšie straty môže spôsobiť rušivé stojaté vlnenie, ktorému je možné zabrániť elimináciou miest, kde sa mení skokom hodnota impedancie vedenia. Jednotlivé prvky prenosového reťazca musia byť preto vzájomne impedančne prispôsobené. Príkladom prenosového reťazca sú dva telefónne prístroje spojené oznamovacím káblom. Zdroj signálu je predstavovaný zdrojom energie s vnútorým odporom R i, zaťažovaný impedanciou vedenia Z. Na výstupe napája vedenie ako zdroj s vnútornou impedanciou Z prijímač s odporom R a (obr. 1).

45 Príkladom prenosového reťazca sú dva telefónne prístroje spojené oznamovacím káblom. Zdroj signálu je predstavovaný zdrojom energie s vnútorným odporom R i, zaťažovaný impedanciou vedenia Z. Na výstupe napája vedenie ako zdroj s vnútornou impedanciou Z prijímač s odporom R a (obr. ). Obr. Prispôsobovacie obvody vedenia Prenosové podmienky v obvode s odpormi R i a R a sú najvýhodnejšie vtedy, ak je na záťaž R a odovzdávaný maximálny výkon.

46 Obr. Spôsoby zaťaženia zdroja Na obrázku 2/178 sú znázornené tri zásadne odlišné prípady veľkosti záťaže R a. Dva krajné prípady nemajú praktický význam, ide o: vedenie naprázdno (R a = ), keď nepreteká záťažou prúd (I a = 0), vedení nakrátko (R a = 0), keď na výstupe nie je napätie (U a = U 0 ' = 0).

47 Obr. Zdanlivý výkon S a na záťaži R a v závislosti na veľkosti R a pri konštantnom R i V oboch týchto krajných prípadoch je výkon odovzdaný na záťaž nulový. Na obrázku 3/178 je znázornený priebeh odovzdaného výkonu z vedenia o impedancii Z = 600 Ω. na záťaž s meniacim sa odporom. Z grafu je vidieť, že odovzdaný výkon na R a je maximálny, ak je R a = Z. Tento stav sa nazýva výkonové prispôsobenie. i Celkový súčin napätia a prúdu, ktoré nie sú vo fáze, je zdanlivý výkon S: S =. [VA]

48 Na záťaž Ra môže byť prenášaný najvyšší výkon, ak sa rovná vnútornému odporu zdroja. Pri R a = R i dôjde k výkonovému prispôsobeniu. Pri prenose striedavých signálov musí byť dosiahnuté impedančné prispôsobenie, p t.j. Z a = Z i. Obr. Impedančné prispôsobenie pomocou transformátora Na obrázku je znázornené prispôsobenie p impedancie zdroja signálu i prijímača signálu impedanciou kábla pomocou oznamovacích transformátorov. Impedancia je transformovaná s druhou mocninou prevodu p, ktorý vyjadruje pomer počtu závitov oboch vinutí.

49 Neprispôsobenie a odrazy Obr. Odrazy vlnenia V miestach, kde sa mení skokom k hodnota impedancie na prenosovej ceste, dochádza k čiastočnému odrazu signálu a k interferencii odrazenej vlny s pôvodnou postupnou vlnou za vzniku stojatého vlnenia (obr.). Stojaté vlny majú na rozdiel od postupných vĺn amplitúdu danú polohou. V niektorých miestach majú teda vlny minimá (uzly) a v niektorých maximá (kmitne). Stojaté vlnenie spôsobuje tlmenie aj skreslenie pôvodného vlnenia, pôsobí teda rušivo. Mierou odrazu na konci vedenia s impedanciou Z zaťaženého impedanciou Z a je činitel odrazu r. Pre pomer stojatých vĺn platí:...

50 Príklad: výpočet činiteľa odrazu vlnenia r Na kábel s impedanciou i 50 Ω je pripojený priamo bez prispôsobenia i kábel 75 Ω. Vypočítajte činiteľ odrazu r v mieste napojenia. V mieste napojenia sa teda odrazí 20 % pozdĺžnej vlny napätia. Na nerušený príjem je nutné vylúčiť miesta so skokovou zmenou impedancie. Prispôsobenie je možné uskutočniť pomocou transformátora (obr. ). Obr. Prispôsobenie pomocou transformátora

51 Tlmenie na vedení (zoslabenie signálu) Pri prenose signálu po vedení vznikajú pri prietoku prúdu straty, ktoré sa menia na teplo vo vodičoch aj v izolácii. Straty spôsobujú zmenšenie amplitúdy signálu, čo je možné zistiť porovnaním vstupného a výstupného signálu na obrazovke osciloskopu. Signál je prenosovým vedením tlmený. Tlmenie spôsobuje úbytok energie signálu počas prenosu. Príčinou tlmenia sú straty na činnom odpore vodiča, straty na izolačnom odpore a straty sprevádzajúce striedavú polarizáciu dielektrika (izolácia tvoriaca s vodičmi kondenzátor). Straty na napätí a prúdu signálu tvoria v súhrnnom súčine svojich okamžitých hodnôt výkonové straty. Tlmenie bude podrobnejšie prebraté na cvičeniach!!!

52 Rušenie prenosu Pre zákazníkov v oblasti telekomunikácií je popri cene dôležitým kritériom aj kvalita služieb. Kvalita telekomunikačných služieb je okrom iného znižovaná rušením prenosu. Prenos správ vo forme analógových alebo digitálnych signálov môže byť rušený z najrôznejších príčin. Jednou z príčin rušenia môže byť samotné prenosové vedenie, ale zdrojom rušenia môžu byť aj ostatné prvky prenosovej cesty. Poruchy môžu vznikať v samotnom prenosovom systéme alebo môžu prichádzať zvonku. Dátový signál je prijímačom identifikovaný na základe svojho tvaru, frekvencie, amplitúdy (veľkosť signálu) a okamihu prijatia. V závislosti na spôsobu prenosu môžu byť všetky uvedené parametre signálu na výmenu informácií dôležité.

53 Obr. 1 Vstupný signál vedenia U v1 a rušený výstupný ý signál vedenia U v2 Obr. 2 Prvé tri harmonické zložky striedavého obdĺžnikového signálu

54 Na obrázku 1 sú znázornené typické zmeny tvaru obdĺžnikové- ho striedavého signálu. Obdĺžnikový signál je možné pomocou Fourierovej transformácie zložiť z nepárnych harmonických (sínusových) signálov (obr. 2). Prvé tri signály (sin ωt, sin 3 ωt, sin 5ωt) sú na obrázku označené S1, S2, S3. Na vedení dochá- dza pri prenose k týmto t javom: z dôvodu väčšieho tlmenia vysokých harmonických frekvencií dochádza k zošikmeniu zvislých hrán impulzu a k zaobleniu ich tvarov, čo je vidieť na priebehu signálu Sg, ktorému chýbajú vo svojej skladbe vyššie harmonické frekvencie (obr. 2/168); zošikmenie hrán je označované ako oneskorenie nábehov a zostupov (hrán impulzov), tlmenie na vedení zmenšuje amplitúdu signálu, tvar signálu sa navyše zmení vplyvom skreslenia, vonkajšie rušivé signály sa pripočítajú k prenesenému signálu a menia jeho tvar. Na priebehu signálu sú väčšinou poznateľné ako rušivé špičky.

55 Príčiny rušenia prenosu je možné rozdeliť do týchto štyroch skupín: tlmenie, oneskorenie, skreslenie, poruchy. Na lepšie pochopenie jednotlivých rušivých vplyvov budú vysvetlené tieto vplyvy oddelene, ako by vždy išlo o vedenie s jediným zo štyroch uvedených typov rušenia. Pre názornosť vždy bude zobrazený časový priebeh signálu na začiatku vedenia (signál vysielača) a na konci vedenia (signál na vstupu prijímača) tak, ako pri sledovaní pomocou dvojkanálového osciloskopu.

56 Tlmenie (celkové) Nasledkom tlmenia je amplitúda napätia na konci vedenia U2 menšia než amplitúda napätia U1, signálu na začiatku vedenia. Z priebehov U1 a U2 na obr. je vidieť, že tlmenie (frekvenčne nezávislé, t.j. tlmenie vplyvom činnej zložky impedancie) spôsobí len lineárne skreslenie a zachová tvar krivky priebehu. Signál je reprodukovateľný, pokiaľ ho je ešte možné zosilniť. iť Obr. Vplyv tlmenia na amplitúdu signálu

57 Oneskorenie Rýchlosť, ktorou sa šíria dátové signály v kovových (prevažne medených) vodičoch, je približne 70 % rýchlosti svetla, t.j. približne km/s. Pri tejto rýchlosti nevzniká ešte pri dialógu medzi pozemskými stanicami oneskorenie, ktoré by zdržovalo dialóg (ako napr. pri komunikácii s kozmonautami na Mesiaci). Praktické pokusy ukázali, že oneskorenie kratšie než 0,25 s nepôsobí pri telefonovaní rušivo. Pri prenosoch využívajúcich satelity môže dôjsť k väčšiemu oneskoreniu súčtom oneskorení zo všetkých dielčich prenosových trás (obr. ). Obr. 2 Vplyv oneskorenia na časový posun signálu

58 Skreslenie Ak sa mení, na rozdiel od tlmenia (lineárneho) a oneskorenia, tvar krivky časového priebehu signálu, ide o skreslenie (tvarové) viď obr. Silné tvarové skreslenie signálu vysielanej správy vedie často k chybnej interpretácii správy v prijímači. Obr. Vplyv skreslenia na tvar signálu

59 Útlmové skreslenie Vh hovorovom frekvenčnom č pásme ovplyvňuje ň tlmenie nielen odpor vodičov, ale taktiež elektrická kapacita kábla. Pri prenose signálu v hovorovom pásme sú vysoké frekvencie tlmené viac než nízke frekvencie, pretože vedenie pôsobí ako dolná priepusť. Podanie obmedzeného zvuku je potom bezfarebné (hluché). Ak má byť zachovaná zrozumiteľnosť reči, musia byť dodržané limity tlmenia Δa na okrajoch pásma (obr.). Útlmové skreslenie sa odvodzuje z rozdielu Δa medzi tlmením na hornom alebo dolnom okraji prenášaného pásma a tlmením na referenčnej frekvencii f m, ktoré je pro hovorové pásmo stanovené na 800 Hz (obr. ). Rozdiel je väčšinou väčší smerom k hornej hranici pásma (f h ) než k dolnej hranici pásma (f d ). Útlmové skreslenie je možné kompenzovať pásmovou priepusťou. Obr. Tlmenie závislé na frekvencii

60 Harmonické skreslenie Podstatou harmonického skreslenia je vznik dodatočných vyšších harmonických frekvencií, ktoré sú celými násobkami prenášaných frekvencií. Tieto frekvencie vznikajú prenosom cez nelineárne prvky alebo osciláciami častí obvodov. Tieto vyššie harmonické frekvencie prelaďujú hlas do jasného zvonivého alebo rinčiaceho zvuku. Harmonické skreslenia, nazývané tiež nelineárne skreslenia, vznikajú pri prenose signálu cez členy (napr. zosilňovače) s nelineárnou charakteristikou.

61 Obr. 2 Prevod signálu na lineárnej charakteristike odporu Obr. 3 Prevod signálu na nelineárnej charakteristike diódy Na činnom (ohmickom) odpore R vytvára sínusové napätie sínusový prúd. Odpor má lineárnu charakteristiku (obr. 2). Na nelineárnom prvku, akým je napr. dióda, vytvára sínusový napäťový signál nesínusový prúdový signál (obr. 3), ktorý je oproti napäťovému signálu tvarovo skreslený.

62 Tvarové skreslenie je možné simulovať alebo vyvolať pripočítaním vyšších harmonických signálov k pôvodnému (základnému harmonickému) signálu. Mierou harmonického skreslenia základného harmonického signálu s amplitúdou U1f vyššími harmonickými signálmi s amplitúdami U2f, U3f,... je činiteľ harmonického skreslenia d =... Harmonické nelineárne skreslenie nie je možné dodatočne kompenzovať, preto mu je potrebné zabrániť. Nelineárne skreslenie je možné obmedziť: voľbou pracovných bodov v lineárnych častiach prenosových charakteristík, malým rozkmitom signálu (len v lineárnej časti charakteristiky), negatívnou spätnou väzbou zosilňovačov.

63 Časové skreslenie Indukčnosti a kapacity na ceste prenosu signálu spôsobujú svojími frekvenčne závislými reaktanciami rozdielne oneskorenia pre signály vysokých a nízkych frekvencií. Pri prenose signálov v hovorovom pásme prichádzajú nízke frekvencie do prijímača skôr než vysoké frekvencie. Pri prenose reči vzniká skreslenie časovým oneskorením sikaviek s vysokými frekvenciami spôsobujúce rušivé cvrlikanie. Pri striedavom signále zloženom z dvoch odlišných frekvencií môže časový odstup dielčich signálov na konci vedenia rušiť rozpoznanie a vyhodnotenie celkového signálu. Časové skreslenie (skreslenie oneskorením) je udávané ako časová diferencia Δt medzi oneskorením tx signálu o frekvencii f x a oneskorením t m signálu (tónu) so strednou hovorovou frekvenciou f m = 800 Hz. Pre frekvenciu fx je teda časové k l skreslenie: Δt =. Zatiaľ čo pri prenose hovoru nepôsobí časové skreslenie (časové rozdiely) do 10 ms rušivo na zrozumiteľnosť reči, je pri prenose riadiacich znakov zložených z dvoch alebo vícerých tónov (frekvencií) toto skreslenie už príliš veľké. V prípade riadiaceho signálu je správne vyhodnotenie dôležité, preto musia prísť do prijímača všetky frekvenčné zložky signálu súčasne (približne naraz). Časové skreslenie je možné vyrovnať štvorpólom s opačnou frekvenčnou charakteristikou oneskorenia.

64 Rušenie cudzími signálmi Cudzie signály namodulované pri prenose na prenášaný signál (obr.) spôsobujú skreslenie správy. Zmenu tvaru krivky priebehu signálu je možné pozorovať ť napr. na osciloskope a prijímaný hovor je rušený napr. praskotom zhoršujúcim zrozumiteľnosť. Podľa výsledného efektu je možné toto rušenie počítať medzi skreslenie. Toto rušenie je však možné oddeliť od rušení vzniknutých na vedení, a to v prípade cudzích rušivých signálov aj v prí- pade iného rušení posluchu. Cudzie signály pochádzajú z cudzích elektrických obvodov ako napríklad: vedenie diaľkovej signalizácie spôsobujúce presluchy, silnoprúdové vedenia napájajúce spínané výkonné zariadenia. i Obr. Hovorový a rušivý signál a ich súčet Cudzie napätia sa môžu prenášať rôznymi nechcenými väzbami.

65 Väzby medzi elektrickými obvodmi Elektrický obvod môže byť ovplyvňovaný iným elektrickým obvodom len vtedy, pokiaľ ľ medzi dioboma obvodmi existuje itj nejaká jká väzba. Existujú tri druhy väzieb medzi elektrickými obvodmi: galvanická väzba kapacitná väzba indukčná väzba Galvanická väzba medzi elektrickými obvodmi vznikne, ak sú vodivo spojené aspoň ň v dvoch miestach. Kapacitní väzba vzniká nielen prostredníctvom kapacity medzi vodičmi jedného vedenia, ale taktiež prostredníctvom kapacity medzi vodičmi susedných vedení.

66 Napätie medzi vodičmi jedného vedenia vytvára elektrické pole, ktoré pôsobí na susednú dvojlinku elektrostatickým t ti ký účinkom nazývaným ý influencia, ktorá spôsobí rozdelenie a premrštenie nábojov (znázornené na obrázku 1/190). Týmto spôsobom sa prenáša striedavý signál do susedného vedenia, kde je nežiaduci a pôsobí rušivo. Na lepšie pochopenie vzájomnej orientácie polarít signálu je na obrázkoch znázorňovaný stav pri jednosmernom prúde, ktorý môže byť považovaný za okamžitý stav striedavého signálu. Obr. 1 Kapacitná väzba prostredníctvom elektrického poľa Obr. 2 Krížová štvorka bez kapacitnej väzby medzi oboma pármi

67 Pri malej vzdialenosti medzi sousednými pármi je väzobná kapacita veľká. Tým potom vzniká veľký rozdiel nábojov a rušivé napätie vo vedľajšom vedení je veľké. S rostúcou vzdialenosťou oboch vedení kapacitná väzba slabne. Pokiaľ sú vodiče 2a, 2b druhého páru oba v rovnakých vzdialenostiach od vodičov 1a, 1b prvého páru, nemôže medzi nimi vzniknúť rozdiel potenciálu. V tomto usporiadaní krížovej štvorky (obr. 2) nevznikne nikne kapacitná väzba a tým ani kapacitný presluch signálu. Indukčná väzba je sprostredkovaná magnetickým poľom, ktoré vzniká okolo pohybujúcich sa elektrických nábojov, teda napr. okolo vodiča, ktorým preteká elektrický prúd. Magnetické pole prúdového vodiča ovplyvňuje susedný vodič tak, že zmeny magnetického toku indukujú vo vodiči (v prúdovom i v susednom) elektrické napätie.

68 Obr. 3 Indukčná väzba magnetickým poľom Obr. 4 Krížová štvorka bez indukčne väzby medzi pármi Ak proteká jedným vodičom striedavý prúd, indukuje sa v susednom vodiči zodpo- vedajúce striedavé napätie, ktoré pôsobí rušivo. Indukované napätie je tým väčšie, čím menšia je vzdialenosť medzi aktívnym a rušeným vedením. Ak je aktivnym vedením dvojlinka (1. pár) a rušeným vedením susedná dvojlinka (2. pár), potom sa indukované napätia v slučke tvorenej dvojlinkou sčítajú (obr. 3). Rovnako ako v prípade kapacitnej väzby slabne s rostúcou vzdialenosťou dvojliniek i vzájomná indukčná väzba. Pokiaľ majú oba páry vzájomné usporiadanie krížovej štvorky (obr. 4), pôsobí indukované napätie vo vodičoch 2a, 2b proti sebe a navzájom sa vyrušia. Slučkou tvorenou vodičmi 2a, 2b neprechádza striedavý magnetický tok, nevzniká teda indukčná väzba a tým ani indukčný presluch signálov.

69 Opatrenie proti rušivým vazbám Najjednoduchší spôsob, ako zabrániť nežiadúcim väzbám, je inštalácia jednotlivých vedení vo veľkej vzdialenosti od ostatných vedení či iných možných zdrojov rušenia. Medzi telekomunikačnými a silnoprúdovými vedeniami sú predpísané minimálne vzdialenosti. V prípade väzby medzi dvoma telekomunikačnými pármi uloženými súbežne v jednom kábli je nutné naopak s malou vzdialenosťou počítať. Galvanická väzba je vylúčená izoláciou vodičov i párov. Kapacita medzi vodičmi je ovplyvnená permitivitou ε materiálu izolácie, ktorá tu tvorí dielektrikum kondenzátora, ktorého elektródami sú vodiče vedenia. Je preto volená izolácia s malou permitivitou. Izolačný stav vedenia je kontrolovaný meraním, ktoré môže odhaliť pokles izolačného odporu vplyvom vniknutia vlhkosti do izolácie. i V krížovej štvorke je kapacitná aj indukčná väzba medzi pármi vylúčená už vzájomným usporiadaním párov (viď obr. 2 a obr. 4 na predchádzajúcej strane). Rušivým väzbám medzi súbežnými vedeniami (dvojlinkami) zabraňuje konštrukcia kábla založená na zlanených prvkoch, napr. v krížových štvorkách.

70 Zlanený prvok môže byť tvorený jedným párom (krútenou dvojlinkou) alebo dvoma pármi (krížová štvorka). Kombinované zlanenie predstavuje DM-štvorka stočená z dvoch krútených (stočených, zlanených) párov. Princíp odstránenia rušivých vplyvov väzieb je nasledujúci: Pôsobenie elektrické- ké ho i magnetického poľa dvojlinky na susednú druhú dvojlinku, ktorá nemá k prvej dvojlinke symetrickú polohu, nie je na všetkých miestach rovnaké. Tým, že sú jednotlivé páry stočené, sú vo vzájomnej j polohe pre- táčané orientácie ich rušivých polí. Rušivé napätia u s prenášané napr. magnetickým poľom s tokom Φ S sa potom vo svojom súčte na dlhšom úseku vyrušia (obr.). Tento princíp platí taktiež pre DM-štvorky aj pre ostatné zlanené prvky kábla. Ak sú pri inštalácii namerané v štvorke odlišné hodnoty odporov a kapacít, musia byť hodnoty vyrovnané pripojením rezistorov a kondenzátorov, aby bola zachovaná Obr. 1 Rušivé napätia u s indukované symetria vylučujúca rušivý vplyv väzieb. na vedení magnetickým poľom

71 Čo je možné urobiť na zníženie hlukov? 1) napájať modem z rovnakej zástrčky ako PC, ale nie pomocou rozdvojky, 2) používať odrušovacie filtre s bleskoistkou pre telefónnu linku, a taktiež filter na 230V. Vplyvom súbehu telefonnej linky a rozvodu 220V dochádza k už spomínanej indukcii ii striedavej zložky 50Hz do telefónnej linky a tento t rušivý signál pôsobí napríklad na spojenie modemov spojenie sa môže stať nestabilným alebo sa môže spomaliť. Povolený súbeh je max. 0,5m!!! Pri dlhšom súbehu sa požaduje odstup jednotlivých rozvodů aspoň 0,5m!!! Na zníženie rušivých signálov ako sú presluchy, ale i indukované signály sa používa křižovanie vedení - praxi sú to vlastne stáčané páry v kábloch. Pretože sa to ale nerobí vo vedeniach v bytoch, kde sa často kladie Up vodič plochý 2x0,5mm, je práve tu najväčšie nebezpečie indukcie, ktorú neodstránime!!!!!! K nešťastiu stačí súbeh telefónnej linky vedenej pri podlahe s prodlžovacou šňúrou 230V!!!

72 Presluchy Všetky rušenia, ktoré vzniknú nechceným prenosom signálu z jedného kanála do iného, sa nazývajú presluchy. Všetci prevádzkovatelia sietí sú povinní uskutočniť opatrenia zaručujúce telefónne tajomstvo dostačujúcim utlmením presluchov. Rušenie prenosu digitálnych signálov Všetko, čo bolo spomenuté pri popise rušenia analógových signálov a v zod-povedajúcich opatreniach, platí pre digitálne signály, avšak s veľkými rozdiel-mi. Pokiaľ je schopný prijímač prijať sled všetkých bitov, je správa prijatá bez porúch. Ak nie je však prijatie celého sledu bitov možné, dôjde k úplnému výpadku príjmu alebo k požiadavke opakovania nezrozumiteľného bloku.

73 Pri rádiovom prenose je pri príjme slabý signál rušený šumom (tepelným pohybom elektrónov v polovodičoch, t.j. šumovým prúdom), ktorý hrá významnú rolu. Pri digitálnom prenose nesmie hodnota odstupu signálu od šumu, SNR (Signal to Noise Ratio) klesnúť pod predpísanú hodnotu. Rozlišujú sa rôzne typy šumu, napr. šum rezistorov, šum aktinchprko aktivnych prvkov, komickýšm kozmický šum. Digitálne signály sú na prenosových cestách nielen zosilňované, ale taktiež regenerované. Akosť digitálneho vedenia sa posudzuje pomocou troch parametrov, ktorými sú: početnosť bitových chýb, početnosť fázových posuvov a fázové chvenie nazývané kolísanie oneskorenia (jitter) alebo wander (pomalé fázové chvenie).

74 Obr. Informačný reťazec

75 SKRESLENIE (tvarové) Ak sa mení tvar krivky časového priebehu signálu Útlmové skreslenie Harmonické (nelineárne) skreslenie TLMENIE (útlm) Ak sa nemení tvar krivky časového priebehu signálu Celkové (frekvenčne nezávislé) RUŠENIE Rušenie cudzími signálmi Väzby medzi elektrickými obvodmi (galvanická, kapacitná, indukčná) Časové skreslenie Tlmenie presluchov Presluchy Šum

76