Однопроводная линия передачи [ ]
Рассмотрим распространение электромагнитной волны вдоль одинарного проводника, покрытого тонким слоем диэлектрика. Такая линия называется однопроводной линией передачи, или линией поверхностной волны (ЛПВ), или линией Губо. Теория линии Губо разработана давно, но практического широкого применения ЛПВ не нашла. Очередной интерес к ЛПВ связан с реализацией возможности ее применения для построения антенных решеток жестких и гибких конструкций с высокой технологичностью изготовления и удовлетворяющих заданным требованиям.
Волноводы линии
поверхностной волны (ЛПВ) могут быть
успешно использованы для наземных линий
передачи СВЧ-энергии на расстоянии
.
ЛПВ состоит из цилиндрического проводника 3, покрытого слоем диэлектрика 1, который граничит с воздушным пространством 2.
- поперечное сечение
волновода;
- топография электрического поля;
- трассировка линии
Рис.4.15.
Основной волной
ЛПВ является волна
,
обладающая круговой симметрией и
нормированным поперечным волновым
коэффициентом
Топография электрического поля вокруг
стержня ЛПВ приведена также на рис.
4.15б.
Коэффициент затухания ЛПВ, обусловленный потерями в медном проводнике, определяется как
(4.39)
а коэффициент затухания, обусловленный диэлектрик,
,
(4.40)
где
- частота, МГц,
- сопротивление ЛПВ, Ом,
- радиус проводника,
.
Параметр
,
где
- фазовая скорость поверхностной волны,
определяется из трансцендентного
уравнения
,
(4.41)
а волновое сопротивление ЛПВ
(4.42)
Рассмотрим ЛПВ,
собранную из медного проводника радиусом
,
покрытого слоем полиэтилена
с наружным радиусом
и тангенсом диэлектрических потерь
,
работающую на частоте 915
.
При заданных условиях по уравнению
(4.41) можно найти параметр
и определить относительную фазовую
скорость волны в ЛПВ
,
которая указывает на незначительное
замедление.
Волновое сопротивление
рассматриваемой ЛПВ, согласно (4.42), равно
,
что позволяет вычислить по (4.39), (4.40)
коэффициенты затухания
и
.
Полный коэффициент затухания
и он может быть доведён до
при увеличении диаметра проводника
до
.
Таким образом, ЛПВ пригодна для передачи
СВЧ-мощности на километровые расстояния.
Трасса прокладки ЛПВ должна быть свободна от посторонних поглощающих и отражающих предметов, в том числе удалена от поверхности Земли на расстояние
(4.43)
являющееся
радиусом цилиндра, в котором распространяется
95% передаваемой мощности, причём в
рассмотренном выше случае
и
.
Практическая ЛПВ может быть проложена
на опорах с помощью тефлоновых подвесов,
длина которых обеспечивает расстояние
линии от перекладины опоры не менее
,
а длина перекладины соответствует
расстоянию линии от опоры
.
При возможности свободное пространство
вокруг ЛПВ должно иметь радиус
,
соответствующий кругу, в котором
сконцентрировано более 99% передаваемой
мощности.
Максимально допустимая мощность, передаваемая ЛПВ, определяется пробивной напряжённостью воздуха, окружающего слой диэлектрика, и равна
(4.44)
что
при
,
,
и
даёт
.
При передаче по ОЛП мегаваттных уровней
мощности следует учесть потери мощности
в ней и обеспечить её обдув окружающим
воздухом для охлаждения.
Открытая поверхностная волна ЛПВ, заключённая внутри цилиндра радиусом , может быть частично перехвачена приёмной антенной и использована для технологических и транспортных целей.