3. Коаксиальные фидеры

ЭМП коаксиального фидера сосредоточено внутри пространства, образованного замкнутой металлической поверхностью внешнего проводника. Коаксиальный фидер позволяет осуществлять передачу широкого диапазона частот от сверхдлинных волн до волн сантиметрового диапазона при сравнительно малом затухании.

Гибкая коаксиальная линия называется кабелем. Коаксиальные кабели на небольшую мощность выполняют со сплошным заполнением. Волновое сопротивление и длина волны в таком кабеле соответственно равны:

.

Гибкие радиочастотные кабели со сплошным заполнением имеют марку, состоящую из двух букв – РК и трех чисел, разделенных дефисом и двумя тире, из которых первое число показывает величину волнового сопротивления, второе – диаметр по изоляции в миллиметрах и третье ( двух- или трехзначное), первая цифра которого указывает материал диэлектрика (1 - полиэтилен, 2 - политетрафторэтилен, 3 - воздушно-полиэтилен, 4 – воздушно - политетрафторэтилен, 5 - резина, 6 – неорганическая изоляция), последующие – порядковый номер конструкции.

Например: РК-75-2-21, РК-100-7-21, РК-50-2-13.

В кабеле на большую мощность внутренний проводник обматывают нитью или перфорированной прямоугольной лентой из полиэтилена с шагом навивки 1 – 2 диаметра кабеля, на которую накладывают внешний гофрированный проводник из меди или алюминия. Внешний проводник кабеля выполняется цельнотянутым или сварным и имеет внешний защитный покров.

Волновое сопротивление коаксиального фидера, Ом:

Активное сопротивление на единицу длины, Ом/м, обусловленное потерями в металле (меди):

,

где D и d – выражены в миллиметрах;  - в метрах.

Коаксиальные фидеры, применяемые в телевидении, выполняются с волновым сопротивлением 75 Ом. Фидер с волновым сопротивлением 50 Ом имеет больший диаметр внутреннего проводника и большую стоимость.

Примеры расчета основных параметров фидеров

1. Определить КПД, КБВ, напряжение и токи для симметричного двухпроводного фидера длиной 500 м, нагруженного входным сопротивлением антенны 500+i50 Ом. К фидеру на волне 20 м подводится мощность 15 кВт. Фидер выполнен из медных проводов диаметром 4 мм с расстоянием между проводами 400 мм.

Решение

Волновое сопротивление фидера:

Ом.

Модуль коэффициента отражения:

.

Коэффициент бегущей волны в фидере:

.

Эффективное значение напряжения в максимуме на фидере:

.

Эффективное значение напряжения в минимуме на фидере:

U_min=КБВ•U_max=0.775•3500=2700 В.

Эффективные значения токов в максимуме и минимуме:

А; I_min=p/U_max=15000/3500=4.3 A.

Погонное сопротивление потерь в фидере:

Ом/м.

Коэффициент затухания фидера:

=0.165/2•635=1.29•10^-4.

КПД согласованного фидера:

.

Эффективное значение максимальной напряжённости поля у поверхности проводов фидера:

=3500/2.3•0.004•lg(2•400/4)=165000 В/м=1650 В/см.

2. Четырёхпроводный фидер выполнен из биметаллических проводов диаметром 4 мм. Расстояние между центрами разнополярных проводов 250 мм, однополярных – 400мм, длина фидера 400м. Определить параметры фидера при работе на волне 25м.

Решение

Волновое сопротивление фидера

.

Погонное сопротивление

.

Коэффициент затухания фидера

.

Коэффициент полезного действия согласованного фидера

.

Ниже приведены номограммы и графики для расчета волнового сопротивления симметричного и коаксиального фидеров:

Рис.2.2 - Номограмма для расчета волнового сопротивления коаксиальной линии

Рис.2.3 – Волновое сопротивление двухпроводной линии с воздушной изоляцией

Рис.2.4 – Волновое сопротивление коаксиальной линии с воздушной изоляцией

Рисунок 2.5 – Волновое сопротивление экранированной двухпроводной линии с воздушной изоляцией

Содержание отчёта:

1. Цель занятия.

2. Основные соотношения.

3. Результаты выполнения индивидуального задания.

4. Выводы по результатам выполнения индивидуального задания.

Контрольные вопросы:

1. Назовите основные параметры фидерных линий.

2. Назовите виды проводных фидеров.

3. Назовите основные свойства коаксиальных фидеров.

4. Каково назначение основных элементов линии связи?

5. Какие требования предъявляются к фидерным линиям?

6. Какие основные энергетические соотношения по расчету характеристик и параметров линий?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН В ПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕДАХ

Цель занятия: научиться рассчитывать напряжённость поля в заданной точке с заданными характеристиками среды.

1. Краткие сведения по теме

По регламенту радиосвязи частоты от 3кГц до 3000ГГц относятся к радиоволнам. Частота и длина волны в свободном пространстве связаны соотношением

,

где:  – длина волны, м;

с=3·10⁸ м/с - скорость распространения волны в свободном пространстве;

f – частота, Гц.

Магнитная и электрическая составляющие напряжённости поля ЭМВ связаны уравнением:

,

где: Н – напряжённость магнитной составляющей поля, А/м;

Е – напряжённость электрической составляющей поля, В/м;

120 – характеристическое (волновое) сопротивление свободного пространства, Ом.

Поток мощности, проходящий через квадратный метр поверхности фронта волны (вектор Пойтинга):

,

где: П – плотность потока мощности, Вт/м²;

Е_д – действующее значение напряжённости поля, В/м.

Напряжённость поля при распространении в свободном пространстве:

,

где: Е_д – действующее значение напряжённости поля, мВ/м;

Р – мощность излучения, кВт;

D – коэффициент направленного действия излучателя (антенны);

r – расстояние, км.

Для малых r, измеряемых в метрах:

,

где: Е_Д - действующее значение напряжённости поля, В/м;

Р – мощность излучения, Вт;

r – расстояние, м.