Электромагнитные излучения распределенных источников

Основными распределенными источниками магнитного, элек­трического и электромагнитного полей являются симметричные и несимметричные кабели. Характер излучения полей для симмет­ричных и несимметричных кабелей существенно различается.

К несимметричным относятся кабели, провода которых име­ют разные электрические параметры или по проводникам проте­кают разные токи. Примеры несимметричного кабеля — коакси­альный телевизионный кабели и ленточные кабели для соединения устройств компьютера. В коаксиальном кабеле токи протекают по центральному проводу и экрану, имеющие различные электричес­кие параметры. Проводники ленточных кабелей имеют одинако­вые электрические параметры, но по информационным и корпус­ным проводникам протекают разные токи. Несимметричном ка­бель, по которому протекает электрический ток (рис. 5.11), образу­ет магнитную рамку, напряженность излучения которого пропор­циональна току и площади рамки.

Рис. 5.11. Несимметричный кабель

Показанная на рисунке цепь образует магнитную рамку пло­щадью S = L-h. Чем больше площадь рамки и ток, протекающий в ней, тем выше уровень ее электромагнитного излучения.

Симметричный кабель состоит из четного количества про­водов с одинаковыми электрическими и магнитными свойствами. По двум из них распространяется одинаковый по величине, но противоположный по фазе электрический ток. Токи в этих про­водах создают магнитные поля одинаковой напряженности и про­тивоположными по направлению магнитными силовыми лини­
ями. В точке пространства, равноудаленном от обоих проводов, поля взаимно, компенсируют друг друга и излучение отсутству­ет. Однако в точках пространства, находящихся на разном расстоянии, от проводов, напряженность поля от более близкого прово­да будет превышать напряженность от более удаленного и пол­ной компенсации противоположных по фазе полей не произойдет.
Следовательно, напряженность поля симметричного кабеля может изменяться от 0 до максимального значения при измерении ее в точке, находящейся в плоскости проводов симметричного кабеля
(рис. 5Л2),:

Рис. 5.12. Модель электромагнитного излучения

симметричного кабеля.

Напряженность остаточного магнитного поля из-за асиммет­ричности расположения проводов (без учета магнитного поля Земли и других его источников) для этой модели определяется по формуле:

где I — ток в проводах; а — расстояние между параллельным! проводами; г — расстояние от точки измерения напряженности Е до ближайшего провода.

Так как г»а, то Н» г. Следовательно, мощность излу-

2пг

чения поля симметричным кабелем пропорциональна расстоянию между проводами и обратно пропорциональна квадрату расстоя­ния от них.

Асимметричность расположения проводов симметрично­го кабеля по отношению к поверхности Земли или других токо-проводящих поверхностей вызывает неравенство паразитных свя­зей между проводниками этих кабелей и другими токопроводя-щими поверхностями. В результате этого в них возникают неком­пенсируемые токи, которые создают дополнительные побочные электромагнитные излучения. Физические явления, приводящие к асимметричности токов в земле, иллюстрируются моделью на рис. 5.13.

Рис. 5.13. Цепь Пикара

Приведенная на рисунке цепь называется цепью Пикара, со­противления Z_H]3, 2_и2з, Z_nlj, Z_n32, Z_|h и Z_i2j которой обозначают со­противления, возникающие за счет паразитных связей между источником, проводами линии, нагрузкой и землей соответствен­но. При наличии этих сопротивлений кроме основной, функцио­нальной цепи возникает множество дополнительных цепей меж­ду источником сигналов и нагрузкой с участками по земле. В силу асимметричности расположения проводов относительно земли Z,u ^ 2„2з ^пн ^ ^п2з ^и ^iiia Ј Z_))2j. Из неравенства указанных сопро­тивлений токи, протекающие по проводам 1 и 2, через рассматри­ваемые сопротивления, а также по земле в противоположных на­правлениях не равны. В результате этого возникает магнитная рам­ка, излучающая электромагнитное поле с преобладанием магнит­ной компоненты в ближней зоне.

Таким образом, распределенные источники излучений созда­ют электромагнитные излучения несимметричных и симметрич­ных кабелей. Несимметричный кабель образует магнитную рамку, образованную информационным проводом и землей. Излучения симметричного кабеля создаются за счет асимметрии кабеля отно­сительно точки измерения и земли.