3.2.1.2. Типы линий передачи. Их электрические модели и конструкции.

Коротко рассмотрим конструкции и принципы функционирования некоторых из них,наиболее часто применяемых.

Двухпроводная линия передачи. Эта линия передачи состоит из двух в общем случае разных размеров поперечного сечения параллельных проводников,расположенных в среде с относительной диэлектрической проницаемостью _r.Конструкция двухпроводной линии передачи и структура поля в ней, приведены на рис.1. 1 (где сплошные линии - силовые линии электрического поля, пунктир-

Рис.1.1

ные - силовые линии магнитного поля). Диаметр проводов меньше расстояния между ними: d « D , а D много меньше рабочей длины волны: D« _. Из рисунка 1.1 видно, что имеется только одна компонента электрического и магнитного полей, лежащих в плоскостипоперечного сечения, что характерно для волн типа Т. Известно[1], что линии передачи с Т- типом волны не имеют дисперсии и фазовая скорость в них на любой частоте равна скорости распространения плоской электромагнитной волны в среде, заполняющей линию передачи, характеризующейся относительными диэлектрической :

где скорость распространения электромагнитной волны в свободном пространстве С = 3 10⁸ м/с.

Длина волны _вв такой линии передачи будет зависеть только от _r:

_в= _r^-1/2 , (1.2)

где - длина волны колебаний в вакууме.

_{Коэффициент затухания, учитывающий потери в проводниках и в диэлектриках, равен}

= + ^(1.3)

Погонное сопротивление R₁для равно

R₁= (1.4)

где - удельная проводимость металла проводов, . ,где -тангенс угла потерь диэлектрика между проводами; R_из- сопротиивление изоляции между проводами.

Дополнительное затухание одной погонной единицы длины линии вследствие излучения равно

= .(1.5)

Допустимая передаваемая мощность с помощью двухпроводной линии для случая, когда , равна

= ,(1.6)

где коэффициент бегущей волны КБВ= .

Волновое сопротивление линии определяется по формуле:

.(1.7)

Коаксиальная линия передачи –представляет собой конструкцию из внешнего и внутреннего проводников в виде металлической трубы, скрепленных между собой с помощью диэлектрических шайб или металлических изоляторов, и имеет вид гибкого коаксиального кабеля либо жесткого коаксиального волновода. На рис.1.2 представлены конструкция линии и структура поля в ней.

Рис.1.2

Как видно из рисунка, совокупность силовых линий характерна для волны типа Т. Дисперсионная характеристика, фазовая скорость и длина волны описываются вышеприведенными выражениями (1.1) и (1.2).Затухание зависит от потерь в проводниках и диэлектрике, заполняющем линию, и определяется выражением:

^. + .(1.8)

Амплитуда максимального допустимого напряжения в коаксиальной линии

. (1.9)

Тогда допустимая передаваемая мощность будет равна

. (1.10)

Волновое сопротивление определяется по формуле

. (1.11)

Волноводная линия передачи_. Это линия в виде металлической трубы с различной формой поперечного сечения: прямоугольной, круглой, овальной, П-, Н- образной, внутри которой распространяются электромагнитные волны. Форма поперечного сечения волновода определяет тип волны. Волноводы по сравнению с двухпроводной линией обладают рядом преимуществ:

1. Отсутствием индукционных потерь и потерь на излучение.

2. Меньшими потерями и возрастанием уровеня допустимой передаваемой мощности при одинаковых размерах поперечного сечения с коаксиальной линией.

3. Более простой конструкцией.

В волноводах могут распространяться Е– и Н–волны, которые делятся на бесконечное множество типов волн и .

Распределение электрической и магнитной составляющих электромагнитного поля основной волны в прямоугольном волноводе, а также картина линий поверхностных токов, приведены на рис.1.3.

Рис.1.3

Общее условие существования только основной волны можно сформулировать следующим образом: рабочая длина волны должна быть меньше критической длины волны основного типа, т.е. должны выполняться следующие неравенства:

или _, . (1.12)

Коэффициент затухания основной волны типа может быть найден по формуле

(1.14)

где – поверхностное сопротивление, которое зависит от удельной проводимости волновода и глубины проникновения поля :

. (1.15)

Допустимая передаваемая по волноводу мощность равна

. (1.16)

Волновое сопротивление волновода прямоугольного сечения определяется выражением:

, (1.17)

где – волновое сопротивление свободного пространства.

Вопросы для самопроверки

1. Изобразите эскизы конструкций линий передачи электромагнитной энергии. Укажите особенности типов волн, распространяющихся в них.

2. Объясните причину затухания электромагнитной энергии в линиях передачи и ограничения их электрической прочности.

3. Чем ограничивается частотная полоса пропускания линий передачи?

4. В чем проявляются дисперсионные свойства линий передачи?

5. Объясните понятие шумовой температуры.