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多芯信号电缆束的串扰分析及串扰防护措施研究

多芯信号电缆束的串扰分析及串扰防护措施研究

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作者：谢路雨北京交通大学

学位级别：硕士

由于铁路信号设备等电子系统的高集成化及其对信息传输的高要求,使得信号电缆分布越来越紧密,其附近的电气条件也就日趋复杂,容易造成信号电缆间的串扰现象以及电气兼容性问题,进而影响信号传递的效率与品质。所以,对密集线束间的串扰... 详细信息

由于铁路信号设备等电子系统的高集成化及其对信息传输的高要求,使得信号电缆分布越来越紧密,其附近的电气条件也就日趋复杂,容易造成信号电缆间的串扰现象以及电气兼容性问题,进而影响信号传递的效率与品质。所以,对密集线束间的串扰及其抑制技术进行深入研究是十分有必要的。首先,本文利用矩量法计算线缆单位长度电感矩阵、电容矩阵,使用传统的传输线方法结合模式理论、传输线级联理论分别针对不同的串扰影响因素建立由链路参数矩阵表征的多导体传输线方程的多芯电缆串扰模型。这是一种改进的四端口网络方法。第一,传统的多导体传输线方程中每根电缆的电压和电流会相互影响,利用这种改进的四端口网络有利于克服由这种影响导致方程求解非常困难的问题;第二,本文是利用链路参数矩阵表达出传输线始端和终端的关系,这对于分析传输线的串扰过程更加方便直观,同时采用级联的方式也让计算结果更加准确。通过将本文理论计算结果、电磁场仿真软件的仿真结果,以及实验测试结果进行对比分析,说明了文本模型及算法在分析电缆串扰问题上的正确性。与其他学者的等效电缆方法进行对比,本文的算法具有更加准确的优势。其次,基于上述的多芯电缆串扰模型,分别对非屏蔽电缆束、屏蔽电缆束中的芯线布线结构、芯线数量、受扰芯线在电缆束中的位置、电缆束芯线的端接阻抗、以及屏蔽层接地方式等串扰影响因素进行了详细分析。此外还对非屏蔽和屏蔽多芯电缆中常用的双绞结构电缆的抗干扰机理进行了探讨和仿真。最后,针对上述的串扰影响因素提出了一些抑制线间串扰的措施,经过仿真对比说明了措施的合理性。特别是通过对芯线不同端接阻抗的研究,创新性提出“牺牲电缆”的构思,即可以在多芯电缆束中选取一根备用芯线,这根芯线两端短路接地或者两端连接较小负载,研究发现这对电缆束中其他芯线的线间串扰具有一定的抑制作用,这根备用芯线就定义为“牺牲电缆”。图50幅,参考文献73篇。

关键词：多芯电缆串扰模式理论串扰抑制措施牺牲电缆

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