Главная  Коаксиальные и полосковые линии (СВЧ) 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 [ 17 ] 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

. Интересно, что максимальная электрическая прочность коаксиальной лииии достигается при Z)/rf=2,72 (2с=60/Уе, т. е. для линий с воздушным заполнением при Zc=60 Ом). Наконец, предельное значение передаваемой мощности можно получить при Z)/rf=l,65 {Zc=30fVe Ом). Все эти зависимости от Did плавные, поэтому в совокупности за основной стандарт для коаксиальных линий было принято значение Zc = 50 Ом.

Типичные зависимости коэффициента поглощения а от частоты показаны на рис. 31. Как видно из рисунка, значение коэффициента а для коаксиальных кабелей со сплошной полиэтиленовой нзоляцней

>0,1

0,01


0.07

Частота, ГГц

Рис. 31. Частотные зависимости погонного ослабления в радиочастотных коаксиальных кабелях при температуре 20 °С.

/ - марка РК-БО-7-12 с полиэтиленовой изоляцией; г -марка РК-7о-7-110 с воздушно-пластмассовой изоляцией.

В диапазоне короче 10 см (частота более 3 ГГц) равно 1 дБ/м, а в метровом диапазоне волн (частота 100-200 МГц) -0,1 дБ/м.

Потери в коаксиальной линии имеют минимальное значение при следующем соотношении между первичными параметрами: RoC(,=

=LbGb. При этом амин=1йоОо.

Чтобы уменьшить потери, прежде всего надо уменьшить Ro, для чего надо увеличить диаметры центрального и наружного проводников, оставляя неизменным отношение DJd, определяющее волновое



сопротивление Zc- Однако это можно делать только до тех пор, пока по коаксиальной линии еще не могут распространяться высшие типы волн. Следующий путь - уменьшение Оо. Этого можно достигнуть путем уменьшения количества диэлектрика, применяемого для крепления центрального проводника, и улучшения его диэлектрических свойств.


РАСПРОСТРАНЕНИЕ ТБМ-ВОЛНЫ. ВЫСШИЕ ТИПЫ ВОЛН В КОАКСИАЛЬНЫХ ЛИНИЯХ

Структура поля волны ТЕМ показана на рис. 29. Электрические силовые линии представляют собой прямые линии, идущие по радиусам, т. е. вектор Е в цилиндрической системе координат (рис. 32) имеет только одну компоненту Ег. Другие две компоненты Е^ и Ez равны нулю. Магнитные силовые линии имеют вид концентрических оружностей, т. е. из трех составляющих вектора Н в цилиндрической системе координат не равна нулю только одна компонента Н^. Вблизи центрального проводника силовые линии расположены гуще, чем у наружного. Поэтому вблизи центрального проводника напряженность электрического и магнитного полей значительно больше, чем у наружного проводника. По мере удаления от поверхности центрального проводника напряженность поля уменьшается обратно пропорционально г, если диэ.чек-трик между проводниками линии однороден. Таким образом, вблизи центрального проводника коаксиальной линии напряженность электрического и магнитного полей больше, чем у наружного, в Did раз.

Высокочастотные токи в стенках коаксиальной линии при pacj пространении волны ТЕМ текут строго параллельно продольной оси 2. Если прорезать тонкие сквозные продольные щели как в наружном, так и во внутреннем проводниках, то линии тока не будут перерезаны щелями, и через такие щели не будет излучения электромагнитной энергии и не будет отражения электромагнитной волны. Этим свойством пользуются при устройстве измерительной коаксиальной линии.

Плотность высокочастотного тока на поверхности идеального проводника, а практически во всех металлах, численно равна напряженности магнитного поля у его поверхности. Например, если Н = =2 А/см у поверхности центрального проводника, то это значит, что' через один сантиметр окружности центрального проводника, расположенной в поперечной плоскости, протекает ток 2 А.

Высшие типы волн. В коаксиальной линии при определенных условиях могут распространяться Н и Е-волны, очень похожие по своим свойствам на соответствующие Н и Е-волны в волноводе круглого сечения. Главным из этих условий является то, чтобы ра-

Рис. 32. Коаксиальная линия и цилиндрическая система координат.



бочая длина волны была меньше критической длины волны для интересующего нас типа волны,

Сак и в волноводе круглого сечения, эти волны обозначают Нщ и Eni, где индекс п по-прежнему означает число максимумов поля по азимуту, т. е. в направлении угла ф цилиндрической системы координат (рис. 32), а i - число максимумов поля по радиусу г. Интересно, что структура поля первых высших типов волн в коак-


Рис. 33. Структура поля высших типов электромагнитных волн Нц, Но1 и Ео1 в поперечном сечении коаксиальной линии.

спальной линии Нц и Но1 почти одинакова, а для золны Eoi напоминает структуру поля соответственно волн Нц, Hoi и Eoi в волноводе круглого сечения. Чтобы убедиться в этом, полезно сравнить картины полей высших типов волн в коаксиальной линии, изображенных на рис. 33, с картинами полей волн в волноводе круглого сечения с теми же индексами, изображенными на рис. 7 и 8.

Высшие типы волн в коаксиальной линии имеют свои критические длины, связанные с геометрическими размерами поперечного сечения коаксиальной линии. Как и в волноводе круглого сечения, наибольшую критическую длину волны в коаксиальной линии имеет волна Нц. При отношении Djd от 2 до 5, т. е. для наиболее распространенных значений волновых сопротивлений порядка 50-100 Ом, с достаточной для практики точностью

При этом погрешн^зсть в сторону увеличения Хкр не превышает 4%. Чтобы в коаксиальной линии пе могли распространяться никакие высшие типы волн, рабочая длина волны должна быть больше (кр)Ни-

Определить значение (ир)н„ можно из следующих физических соображений. Рассмотрим волновод прямоугольного сечения, по которому распространяется волна Ню. Свернем его в полукольцо, как показано на рис. 34. Нетрудно видеть, что критическая длина волны в таком волноводе в первом приближении определяется средним размером широких стенок

1 D + d



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 [ 17 ] 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37