При одной и той же мощности, вводимой в линию от генератора, в режиме смешанных волн максимальная амплитуда напряжения в линии превышает амплитуду напряжения в режиме бегущих волн. Это означает, что в режиме бегущих волн по одной и той же линии можно передать большую предельную мощность, чем в режиме смешанных волн. В этом заключается второе преимущество режима бегущих волн.
Выходное сопротивление генератора также является нагрузкой для линии. Отраженная от нагрузки на конце линии волна, существующая в режиме стоячих и смешанных волн, может привести к повышению напряжения на выходном сопротивлении генератора и увеличению протекающего через него тока, что приведет к нарушению режима работы генератора. В режиме бегущих волн это явление невозможно, и в этом еще одно его преимущество.
И, наконец, следующий немаловажный фактор в пользу режима бегущих волн в линии. При передаче сложных широкополосных сигналов со строго упорядоченной временной структурой, как аналоговых (например, в телевидении), так и цифровых (например, в компьютерных сетях), возникновение многократно отраженных волн и суммирование их с падающей волной может привести к нарушению временной структуры сигналов и искажению переносимой ими информации. Следовательно, и по этой причине режим бегущих волн предпочтительнее режима смешанных волн.
Режим стоячих волн вообще не может быть использован для передачи мощности по линии. Его используют в некоторых измерительных устройствах на основе длинных линий и при создании резонансных элементов на отрезках линии.
Таким образом, обоснованы четыре важных довода в пользу использования в длинной линии режима бегущих волн. Для достижения этого режима при условии Zн ≠ W применяются разнообразные согласующие устройства, одним из которых является четвертьволновый трансформатор.
ГЛАВА 10 ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ДЛИННЫХ ЛИНИЙ
10.1. Многопроводные симметричные линии
Длинные линии применяются в составе линий передачи высокочастотных сигналов от антенны к приемнику и от передатчика к антенне. Такие линии принято называть фидерами. Выбор типа
длинной линии зависит от условий ее работы, диапазона длин волн, передаваемой мощности и других параметров радиосистем.
К многопроводным относятся двух- и четырехпроводные симметричные длинные линии. Эти линии применяются в диапазоне от гектометровых до дециметровых волн. На более коротких волнах многопроводные линии не применяются, так как характеризуются большими потерями на излучение. Двухпроводные и четырехпроводные линии выполняются из неизолированных медных или биметаллических проводов, представляющих собой стальной проводник с диаметром d, покрытый тонким слоем меди.
На рис. 10.1 показано распределение силовых линий электромагнитного поля в двухпроводной линии для нечетной волны и распределение тока по сечению проводников линии без учета и с учетом эффекта близости.
В двухпроводной линии, состоящей из идеальных проводников, расположенных в однородной изотропной диэлектрической среде без потерь, возможно распространение двух типов волн, которые принято называть четной и нечетной. При распространении в линии четной волны токи в ее проводниках синфазны, а при распространении нечетной волны — противофазны. Электромагнитные поля обеих волн имеют похожую структуру: векторы Е и Н в любой точке пространства вне проводников перпендикулярны между собой и лежат в плоскости поперечной осям проводников. Таким образом, векторы Е и Н перпендикулярны направлению распространения волны в линии. Такие волны называются поперечными или Т-волнами.
Рис. 10.1.Распределение силовых линий электромагнитного поля в двухпроводной линии для нечетной волны (а) распределение тока по сечению проводников линии без учета (б) и с учетом (в) эффекта близости
На практике двухпроводные линии в основном используются в режиме распространения нечетных волн. Картина распространения силовых линий электрического и магнитного полей в плоскости поперечного сечения линии для этого случая приведена на рис. 10.1, а.
На высоких частотах вследствие поверхностного эффекта ток протекает по проводникам линии в тонком приповерхностном слое, равном толщине скин-слоя. При значительном расстоянии Dмежду проводниками (D/d > 10) токи равномерно распределены в этом слое по периметру сечения проводников (заштрихованные области на рис. 10.1, б). Однако при сближении проводников вследствие взаимного влияния их электромагнитных полей распределение токов в поверхностном слое вдоль периметров сечения проводников становится неравномерным (см. рис. 10.1, в). Токи на внутренней части поверхности проводников увеличиваются, а на внешней части поверхности — уменьшаются. Это явление называется эффектом близости. Данный эффект приводит к возрастанию погонного активного сопротивления проводников и, следовательно, к увеличению потерь энергии волны в линии. Потери вследствие эффекта близости наиболее заметно возрастают в интервале значений 1 < D/d≤ 3. Так, для алюминиевых проводников при D/d= 1,5 коэффициент ослабления волны в линии возрастает на 25% по сравнению со случаем D/d≥ 10.
Для соблюдения требований электрической прочности линии обычно выбирают D≥ 2,5d. При этом волновое сопротивление двухпроводной линии для нечетной волны определяется по приближенной формуле: W = 276√μ/ε lg(2D/d), где ε и μ — относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости среды, в которой находятся провода. Воздушные двухпроводные линии имеют W= 200...600 Ом.
Промышленностью выпускаются двухпроводные линии в виде неэкранированных и экранированных (рис. 10.2) кабелей. Проводники кабелей расположены внутри полимерного эластичного диэлектрика, который у экранированных кабелей снаружи покрыт оплеткой из тонких медных проводов, выполняющих роль экрана. Поверх экрана имеется еще одна эластичная защитная оболочка, изготовленная из хлорвинила, резины или хлопчатобумажной пряжи.
Рис. 10.2. Двухпроводные неэкранированный (а) и экранированный (б) кабели
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.