現(xiàn)代艦船包含大量的電氣電子系統(tǒng)和設(shè)備，它們通過(guò)各種不同類(lèi)型的傳輸、控制電纜實(shí)現(xiàn)互連和通信。通常將電纜捆成一束束的，這樣既整齊美觀，又便于固定，而且還便于維護(hù)檢查和損壞時(shí)的維修。但由于電纜敷設(shè)密集，電纜之間的耦合串?dāng)_帶來(lái)的電磁兼容性問(wèn)題會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)和設(shè)備性能。如果系統(tǒng)出現(xiàn)電磁兼容性問(wèn)題，則90%的可能性是由電纜或互連線之間的串?dāng)_引起的[1]。因此，預(yù)測(cè)分析艙室環(huán)境下電纜之間的串?dāng)_有重要的意義，也是迫切的課題。
    對(duì)于電纜串?dāng)_的估算，通常有兩種模型：
    (1)低頻時(shí)，可認(rèn)為容性(電場(chǎng))耦合和感性(磁場(chǎng))耦合的參數(shù)大小僅與干擾電纜和被干擾電纜之間的等效電路形式有關(guān)而與頻率無(wú)關(guān)， 此時(shí)可采用集總參數(shù)模型[1]，該模型用電報(bào)方程來(lái)描述。如果電纜的阻抗矩陣以及相互耦合參數(shù)矩陣已知，可以根據(jù)等效電路得到串?dāng)_值的精確解，這對(duì)理解串?dāng)_作用的機(jī)制以及數(shù)值仿真驗(yàn)證都有幫助。
    (2)對(duì)于更高的頻率，可建立基于多導(dǎo)體傳輸線理論電纜串?dāng)_模型[2-3]。對(duì)于一個(gè)N根電纜的系統(tǒng)，其相互間的串?dāng)_決定于分布參數(shù)的N×N的阻抗矩陣和導(dǎo)納矩陣、工作頻率、相互位置以及終端阻抗的大小。
    本文分別建立了共地的基于多導(dǎo)體傳輸線理論的電力電纜對(duì)屏蔽同軸線(SCC)，非屏蔽雙絞線(UTP)和屏蔽雙絞線(STP)的電纜耦合模型，在此基礎(chǔ)上在CST-CS中建立其等效電路模型，并仿真分析了對(duì)應(yīng)的串?dāng)_值。考慮到實(shí)際艙室電纜總是多根相鄰成束，因此還仿真分析了多根電力電纜對(duì)多根傳輸或控制電纜的耦合干擾情況。
1串?dāng)_的耦合機(jī)制
    當(dāng)兩根或多根電纜相互鄰近時(shí)，它們之間存在分布的互電容和互電感，這是電纜之間耦合的“源”。根據(jù)耦合的途徑可將串?dāng)_分為容性耦合與感性耦合。

    對(duì)于無(wú)耗傳輸線，弱耦合的情況，容易得到被干擾電纜近端和遠(yuǎn)端串?dāng)_值[4-5]。并且頻率越高，電纜越長(zhǎng)，串?dāng)_值越大。感性耦合在低阻抗負(fù)載時(shí)占主導(dǎo)地位，高阻抗負(fù)載時(shí)容性耦合則占主導(dǎo)地位。
    在實(shí)際的模型中，相互之間的耦合參數(shù)Lm、Cm以及電纜到參考地的距離h、電纜之間間距d直接影響串?dāng)_值的大小。
    從已有的一些公式和研究結(jié)果[6-9]可看出,互電感 隨著d的增加而減小，隨著h的增加而增加，互電容隨著d的增加而減小，而h對(duì)其無(wú)顯著影響。
    經(jīng)過(guò)以上分析，很容易理解屏蔽層是如何保護(hù)電纜不受外界干擾的以及雙絞線在減小串?dāng)_方面的優(yōu)勢(shì)。
    (1) 如果電纜帶有屏蔽層，則屏蔽層能完全消除容
性耦合，但只有兩端均接地并且在某一截止頻率之上能夠一定程度地減小感性耦合。
    (2) 如果被干擾電纜是雙絞線，一方面回路面積很小可減小感性耦合；另一方面雙絞線的兩根芯線的感應(yīng)電流不僅方向相反，而且由于對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)使得感應(yīng)電流的大小也幾乎相等。因此可最大限度地減小相互之間的耦合。
2 艙室環(huán)境下電纜串?dāng)_模型的建立
    通常將最近的金屬平面作為接地面，因此可將艙室壁作為參考地平面。這樣，理論分析時(shí)可首先采用如下模型進(jìn)行簡(jiǎn)化分析。
    假設(shè)模型兩根電纜的間距為d,距離參考地面的距離為h，其截面如圖3所示。

    得到整個(gè)電纜的鏈參矩陣后再應(yīng)用如圖2的電路配置建立近端和遠(yuǎn)端的終端方程進(jìn)而計(jì)算被干擾電纜上耦合的串?dāng)_值。
    對(duì)于多根電力電纜與多根被干擾傳輸電纜之間的串?dāng)_建模，其方法與以上介紹的相同，但模型復(fù)雜度尤其是電路配置的復(fù)雜度會(huì)增加很多，鏈?zhǔn)椒匠讨懈骶仃嚨碾A數(shù)將會(huì)增加，因而計(jì)算復(fù)雜度也將加大。本文僅對(duì)2根電纜與3根被干擾電纜耦合情形進(jìn)行了仿真。

    從圖7、圖8和圖9可看出，多電纜串?dāng)_時(shí)，隨著頻率的增高，低頻端的串?dāng)_值也隨之增加。耦合諧振頻率增加了許多，也說(shuō)明多電纜相互串?dāng)_機(jī)制更加復(fù)雜。
    依據(jù)電纜間的耦合機(jī)制和模型的仿真結(jié)果，可采取以下措施來(lái)抑制串?dāng)_：
    (1)電纜束布置應(yīng)盡量靠近艙室壁，這一方面可以增加電纜對(duì)地的電容，從而減小相互之間的容性耦合；另一方面可以減小回路面積，從而減小電纜之間的感性耦合。
    (2)電纜之間應(yīng)保持一定的間距，特別是強(qiáng)電輸電線路應(yīng)與弱電傳輸線分別捆成束。
    (3)如果條件允許,可以在電纜束中增加一條參考地電纜,這樣可減少信號(hào)或控制傳輸電纜之間的相互干擾。
    本文依據(jù)多導(dǎo)體傳輸線理論建立了艦船艙室中電纜串?dāng)_的模型，并以此模型為基礎(chǔ)在CST-CS中對(duì)各電纜進(jìn)行了實(shí)際的電路配置，仿真了單根電力電纜與單根SCC、STP、UTP之間的串?dāng)_。結(jié)果表明屏蔽電纜比非屏蔽電纜的串?dāng)_值低大約50 dB，并且平衡傳輸屏蔽雙絞線在頻率低端不易受到干擾。此外，本文對(duì)多根電纜串?dāng)_的仿真表明，被干擾電纜耦合的諧振頻率增多，耦合機(jī)制更加復(fù)雜。綜上所述，本文的結(jié)果對(duì)艦船電纜的串?dāng)_分析以及實(shí)際布置有一定的指導(dǎo)作用。
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