1、编织型屏蔽电缆转移阻抗的计算 杨佩铭卢铁兵齐磊谷雪松 华北电力大学电气工程学院河北保定071003 摘要 在总结编织型屏蔽电缆转移阻抗的计算方法 的基础上 提出了一种有效的计算方法 通过将该 方法的计算结果与其他计算方法和实际测量的结 果进行比较 验证了其有效性 最后 分析了转移 阻抗随不同参数的变化特性 给出了一般性的规 律 关键词 编织型屏蔽电缆 转移阻抗 1弓I言 编织型屏蔽电缆作为电子系统或电子设备的 连接线有着广泛的应用 当外部电磁场与电缆作用 时 电磁能灸可拐合至电缆内部 对电子系统的正 常运行构成威胁 转移阻抗是反映上述藕合作用的 一个基本参数 转移阻抗的计算方法很多 但是大多数
2、计算结 果都是局部参数较准确 有一定的局限性 通过比 较 提出了一种有效的转移阻抗计算方法 并验证 了其有效性 最后 总结了转移阻抗随参数变化的 一些规律 公式可以表示为如下 ZT Z jrc M 土Mb 2 其中几为散射阻抗 M 为小孔电感 M 为编织 电感 描述编织层的参数有 编织节距P 绝缘 层的直径Do 每根编织线的直径d 编织层的编 束数C 编织束内的导线数n 只要知道了上述的 5个参数 就能计算出电缆的转移阻抗 目前 有很多计算上述三个分量的公式 但大 都是有关转移阻抗的局部分量计算较为准确 而其 他分量计算不是很准确 针对这种情况 为了得到 一个整体相对比较有效的计算方法 可以从
3、很多计 算转移阻抗的方法中找出三种计算三个局部分量 最为准确的方法 从而找到计算转移阻抗的有效的 方法 首先 对于散射阻抗Zd 采用文献 1 里的定 义 这也是目前应用最为广泛的计算散射阻抗的公 式 2 转移阻抗的计算方法 转移阻抗为单位长的电缆中有单位电流流过 屏蔽层时在电缆芯线与屏蔽层间所形成的开路电 压 其计算公式可表示为 Zd 1 j dla rd NC cos a sinh 1 j d 8 3 今 t dVZr I0 dz I so 式中是 为编织层流过的电 dVdz 电缆屏蔽 层与电缆芯线所组成的均匀传输线单位长度上的 电压有效值 而对于转移阻抗的理论计算 通常不采用上述 的公式
4、而是根据电磁场理论 推出一些更直观 更简单 更准确的公式 一般地 转移阻抗的计算 其中S为集肤深度 1 4 T1 其次 对于小孔电感M Van 的结论就不 是十分的准确 Vanc 的藕合理论只适合于编织小 孔相对于屏蔽半径很小的情况 对于编织小孔比较 大的情况就不适合了 而TO 的改进方法计算Mn 就比较准确m M 二2 uoC 兀Cos口 耐 厂exp卜气厂一L O 5 基金项目 国家杰出青年科学荃金 50325723 和华北电力大学博士学位教师科研签金资助 最后 对于编织电感风 由于Vance计算转 移阻抗的理论没有考虑编织电感 所以导致其计算 高投影扭盖率的电缆不是很准确 虽然Tyni
5、2 也定 义了编织电感 但对于理想编织的电缆 其理论并 不是十分准确 相比而言 如下公式比较准确 3t 祖国万岁上传 当 如表2所示 本文计算了 ance和卫的方法 将其与新的方法一起与测量值进行比较 可以看 出 这种新的理论计算方法效果是非常好的 比其 他2种方法误差要小 Ty 1i的理论方法在很多情况 下也是不错的 但是在估计算例2和3就明显不如 新的理论方法 同时 我们给出这种方法与测量 使用的为三 同轴法141 的结果 如图1所示 实验使用的是 时厂一 M pujndh 一竺 处d a2 SYVZ电缆 参数如下 Do 5 54mm n二6 2nC Do 2d h cos a 其 寸 一
6、砂 万 n a 一 1 一4 A 石 1 cos 2a 7 C 24 d 0 12mm p二45mm M试设备 使用了网络分析仪 可以看出采用不同长度的电缆 9 结果有些不同 但与计算值相比误差不大 这种差 别可能是由连接器的影响引起的 相同的连接器对叮9 刀切JO 囚 件种 J甜 J 卜 J 曰 刁巧供 汀月J 短电缆影响大些 健 已 绍理 静您 两个相邻的编织带间的距离 b 4nn cos a6 一 d C 两个相交叉的编织带间的距离 h 2d l b d 3 有效性验证 10 11 为了更好的看出此种方法的优点 我们参考文 献 3 的电缆参数进行了计算并列表进行比较 表1电缆的参数 12
7、345 p n叫2222203323 C1616161616 n65566 k0 95仓目40 880 850 93 表1给出了文献 31中5种电缆的参数 其中k 为编织层的投影搜盖率 表2与其他方法和测量值的比较结果 12345 汉梦量值130384458122 Tyn mo 157656883142 Vance mQ 471乃166450 New伽Q 1163747 671III f HZ x loo 图1 SYVZ电缆的转移阻抗计算值与测量结果的 比较 4 转移阻抗随参数的变化 下面给出转移阻抗随其参数变化的图形 从中 既可以了解编织电缆的转移阻抗随参数变化的一 些规律 还可以给电缆设计
8、者在考虑电缆转移阻抗 时一些有效的参考 图2表示转移阻抗与编织角的关系 其电缆参 数为n 6 d二0 15mm C 16 几 2 95mm f 10MHz 当编织角小于450 时 编织电感与小孔揭合电感符号相反 在编织角 为45 时 二者相等符号相反 所以转移阻抗约为 0 当编织角大于450时 二者符号相同 所以转 移阻抗随编织角增长较快 这就是为什么电缆的编 织角通常都要求小于450的原因 祖国万岁上传 Zr一一一了一一一下f二IOMHzC 16 P 22mm 15几 2 95mm 1 口 5卜一0 4厂 以3卜 一 E遥 亘 嫉砚 协水 任 任 0 撼 迹礴 湃 0占一 0 2卜 一 20
9、 40 60田 编束数 图4转移阻抗与编束数的关系 胜 门 jl 0 一日图2 图3 20 40印 编织角演 转移阻抗与编织角的a的关系 所描述的电缆是是转移阻抗与编织线直 任 三遏 侣砚 协您 径d的关系 电缆参数为n二6 C 16 Do 2 95mm P 22mm f IOMHz 由图3可见 随编织线直径d的增大 转移阻抗也 增大 这是因为当编织线直径增大时 编织电感增 大的幅度很大 15 10 礴 牢 V 0 5 00一 20 40 60一 80 编织角 一 月 门口 勺 门 门 卜曰 门 E健 0 撼夔 11 5 2 2 5 d m x 10 4 图5不同n下转移阻抗随a的关系 图6表
10、示随着频率的增大 转移阻抗与编织角 转移阻抗与编织线的直径d的关系的关系 其电缆参数为 Do 2 95mm 描述的是转移阻抗与编束数的关系 其电 3 4 图 图 缆参数为Do 10mm 厂 IOMHz P二22mm n 4 d二0 15mm 可以看出 当其他参数不变 编束数不断增大时 转移阻抗是 逐渐减小的 这里取的电缆的直径较大 因为若是 仍取原来的Do 2 95mm 那么编束数就不能取 的太大 否则会超出电缆直径极限 图5表示随着导线数n的增加 转移阻抗是增 大的 这是因为虽然小孔电感是减小的 但是编织 电感增大的很快 电缆参数为d二0 15mm P二22mm d二0 15mm n 6 可
11、以看出 转移阻抗随频率增大而增大 也随编织角增大而增 大 从此图可以直观的看出转移阻抗随频率和编织 角的变化关系 图7表示当导线的直径变化时 转移阻抗与编 织角的关系 其电缆参数为 6 d 0 15mm r IOMHz P 22mm Do 2 95mm C 36 可以看出 导线直径增大时 转移阻抗 也是增大的 这与导线数增大 转移阻抗增大时的 原理实际是一样的 320 祖国万岁上传 2 4 MHz f 3MHz 参考文献 11 E FVance Coupling to Shielded Cables New York John Wiley 减小导线数 减小编织角 增大编束 数或构造合适的编织角来实现 5 结论 本文介绍了一种新的转移阻抗的计算方法 与 其他的理论计算方法做了比较 井且用实验证明了 其的有效性 接着分析了该方法与电缆参数的一些 关系 发现电缆的转移阻抗分别随电缆的编束数 屏蔽层导线的直径 以及编织角的增大而增大 这 样的分析可以为提高电缆屏蔽效能提供参考依据 321 祖国万岁上传
