Линии передачи высокочастотной энергии Общие сведения о линиях передачи высоко частотной энергии

В любой эл. системе ЭМВ распространяются с конечной скоростью, поэтому мгновенное значение тока в реальной цепи конечных размеров не м.б. везде одинаковым. В РЭ устройствах применяются цепи имеющие сравнительно малые размеры в которых запаздыванием ЭМК при их распространении по цепи можно пренебречь. Это так называемые цепи с рассредоточенными параметрами. Основными элементами этих цепей являются такие элементы как R, C, L, п/п элементы. В РЭ кроме цепей с сосредоточенными параметрами широкое применение находят устройства геометрические размеры которых нельзя считать малыми, например различные линии передачи ЭМВ.

Линия передачи (ЛП) это устройство предназначенное для направленной передачи ЭМВЧ энергии от источника этой энергии к нагрузке. ЛП ВЧЭ являются цепями с распределенными параметрами. К ним относятся 2-х проводные линии и волноводы. Двухпроводные линии применяются как правило до М и ДМ диапазонов, а волноводы в диапазоне СМ и ММВ.

Рисунок 22

По особенности конструкций различают открытые (22а), закрытые (22б) и коаксиальные (22в) линии. Открытые и закрытые линии представляют собой систему 2-х проводов разделенных диэлектриком. Закрытые линии кроме того окружены металлическим экраном. Коаксиальные линии – внутренний провод крепится на шайбах (22в) или прокладываются внутри диэлектрического заполнителя (22г), вторым проводом служит металлическая оболочка.

Применение ЛП зависит от частоты ЭМК.

Открытые 2-х проводные линии обеспечивают передачу сигнала в диапазоне до МВ, т.к. при увеличении частоты колебаний растут потери на излучение.

Всякий проводник по которому протекает переменный ток излучает энергию в виде ЭМВ в окружающее пространство. В открытых линиях это приводит к не производительным потерям энергии и к созданию помех РЭ устройствам. Кроме того 2-х проводная линия большим сопротивлением потерь. Экранирование 2-х проводной линии позволяет исключить потери на излучение, а выбор оптимального сечения проводов уменьшает сопротивление потерь. Экранированная линия сложнее и дороже открытой и ее применение ограничивается МВ диапазоном т.к. при распространении волн короче 1 м возрастают потери обусловленные нагревом диэлектрика. Большое распространение в системах связи получили коаксиальные линии (КЛ). Они применяются как правило в ДМ диапазоне волн. КЛ в отличии от закрытых и открытых 2-х проводных линий являются несимметричными. Внешний провод КЛ всегда имеет нулевой потенциал и относительно его сигнал подается на внутренний провод. Уменьшение потерь в КЛ обусловлено увеличением поверхности внешнего провода-экрана, однако на частотах См диапазона возрастает активное сопротивление внутреннего провода и растут потери в диэлектрике. Поэтому в СМ диапазоне вместо 2-х проводных линий используются волноводы (Вд).

Вд представляет собой канал прямоугольного или круглого сечения по которому распространяется ЭМВ. Простота изготовления, полное экранирование, минимальные потери энергии, обусловили широкое применение Вд в СМ диапазоне и более коротких волн. В настоящее время применяются также Вд открытого типа как правило для передачи волн ММ диапазона. По своим электрическим свойствам ЛП ВЧ энергии являются длинными линиями (ДЛ). ДЛ это линия геометрическая длинна которой соизмерима или значительно больше длины волны передаваемых по ней ЭМК. Практически линия считается длинной если выполняется соотношение: l/ > 0,1. Расстояние между проводами образующая линию обычно << . Рассмотрим ДЛ в виде 2-х проводных ||-ных проводов большой протяженности, с известным R нагрузки на ее конце.

РИСУНОК 24

Любой малый элемент dx такой линии окруженный электрическим и магнитным полем будет обладать какой то малой емкостью, индуктивностью и т. д.

Следовательно электрические параметры цепи оказываются непрерывно распределенными по ее длине, т.е. ДЛ представляет собой цепь с распределенными параметрами. Т.о. любой участок dx ДЛ можно представить в виде эквивалентной схемы состоящих из сосредоточенных бесконечно малых элементов dL, dC, dR & dG.

Величина dL в схеме характеризует результирующую индуктивность 2-хпроводов бесконечно малого участка линии, dC – величину емкости между проводами, dR – активное сопротивление потерь в проводнике, dG – проводимость утечки в цепи на участке dx, обусловленные не совершенством изоляции между проводами.

РИСУНОК 25

Эквивалентная схема линий конечной длины должна представлять собой последовательность соединения бесконечного множества таких звеньев. Для каждого такого звена можно составить уравнения Кирхгофа и найти U & I в любой точке линии. При выполнении расчетов обычно вместо бесконечно малых величин dL, dC, dR & dG используют так называемые погонные параметры линии т.е. параметры, отнесенные к единице длинны.

L₀ = dL/dx – погонная индуктивность. C₀ = dC/dx – погонная емкость. R₀ = dR/dx – погонная сопротивление потерь. G₀ = dG/dx – погонная проводимость утечки. Если величины L₀, C₀, R₀, G₀ не меняются по длине линии, то ее называют однородной, а когда погонные параметры изменяются по к/л закону линию называют неоднородной.

В ряде случаев при рассмотрении процессов в линиях работающих на достаточно высоких частотах можно пренебречь потерями энергии в активных сопротивлениях и исключить из расчетов погонные R₀ & G₀. Такие линии называются линиями без потерь или идеальными линиями. Идеальную однородную линию можно представить в виде последовательно соединенных элементарных ячеек состоящих только из реактивных элементов dL & dC (25б).