3. Линии передачи сверхвысокочастотной энергии.

Линия передачи сверхвысокочастотной (СВЧ) энергии или фидерные устройства предназначены для канализации электромагнитной энергии от радиопередатчика к антенне и обратно к радиоприёмнику.

К фидерным устройствам предъявляются основные требования: отсутствие излучения электромагнитной энергии, передача энергии с минимальными тепловыми потерями, наличие режима бегущих волн, высокое пробиваемое напряжение, удобство эксплуатации и др.

Различают две группы линий передачи СВЧ энергии: открытые и закрытые. К открытым относят: двухпроводные, многопроводные, полосковые и т.п. линии, а к закрытым: коаксиальные кабели, экранированные линии и волноводы. Закрытые линии наиболее широко применяются в авиационных радиоэлектронных устройствах. Выбор линии зависит от её назначения, диапазона частот и передаваемой по ней мощности.

При подключении радиопередатчика (радиоприёмника) к антенне они должны быть согласованы с линией передачи СВЧ энергии, при этом активное выходное (входное) сопротивление радиопередатчика (радиоприёмника) и активное входное (выходное) сопротивление антенны должны быть равны волновому сопротивлению линии передачи. Если антенна не согласована с линией, то часть энергии отражается от антенны и в линии передачи образуется отражённая волна, распространяющаяся от антенны к радиопередатчику. При этом будет наблюдаться частичная потеря мощности передаваемого сигнала. Режим работы линии передачи принято характеризовать коэффициентом бегущей волны К_БВ, который определятся как отношение минимального и максимального значений амплитуд передаваемого сигнала. Линия передачи имеет максимальный КПД. при К_БВ=1, т.е когда волновое сопротивление линии равно сопротивлению нагрузки. В реальных линиях передачи получить К_БВ=1 практически невозможно. Считают, что при К_БВ 0,7 линия передачи допустима к применению.

Рассмотрим линии передачи СВЧ энергии трёх видов: двухпроводные, коаксиальные и волноводы.

Двухпроводная линия передачи СВЧ энергии состоит из двух параллельных металлических проводов, расстояние между которыми r много меньше длины волны , а диаметр d проводов много меньше расстояния между ними: (см. рис.13).

Р ис. 13

Двухпроводные линии нашли широкое применение в радиоэлектронных средствах, рабочая длина волны которых , при этом коэффициент затухания не превышает 0,01...0,04 Дб/м. Применение двухпроводных линий на более коротких волнах ограничивается резким увеличением потерь вследствие излучения. Кроме того, из-за требования , нарушается условие пропускания заданной мощности.

Коаксиальная линия представляет собой металлическую трубу диаметром r, внутри которой соосно с ней расположен цилиндрический провод из металла диаметром d (рис. 14). Оба проводника разделены между собой диэлектриком. Коаксиальные линии рекомендуется применять в диапазоне длин волн от 10 см до 100 м. При этом коэффициент затухания не превышает 0,05…0,4 Дб/В.

Отечественная промышленность выпускает коаксиальные линии со следующими величинами волновых сопротивлений: 50, 75, 100, 2000. В диапазоне сантиметровых волн в коаксиальных линиях заметно возрастают потери в диэлектрике. Для того чтобы уменьшить потери необходимо выполнить условия:

,

По коаксиальным линиям нельзя передать сигналы большой мощности в сантиметровом диапазоне волн.

Волноводы — это полые металлические трубы используемые в сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн. Они обеспечивают полное экранирование электромагнитного поля и имеет ничтожные потери на нагревание.

Н аибольшее распространение получили прямоугольные волноводы (см. рис. 15).

Распространение радиоволн в волноводе возможно лишь при определённых соотношениях между длиной волны и геометрическими размерами волновода. Вдоль волновода распространяться волны только с длиной волны . Для прямоугольного волновода . Обычно на практике размеры волновода выбирают равными: , . Возбуждение электромагнитных волн в волноводе обычно осуществляется металлическим стержнем высотой в четверть длины волны, расположенным посередине широкой стенки волновода перпендикулярно к ней. Также возбуждение возможно рамкой или щелью, прорезанной в стенке волновода.

Круглые волноводы обладают большим затуханием, но имеют симметричную относительно оси структуру электромагнитного поля. Они применяются в качестве вращающихся сочленений антенно-волноводных устройств радиоэлектронных средств (РЭС).

Волноводные линии передач авиационных РЭС герметизируют и поддерживают в них давление, немного превышающее нормальное атмосферное, что обеспечивает поддержание предельной напряженности поля, т.е. устойчивую работу РЭС.