Устройства СВЧ и Антенны (Д.И. Воскресенский и др) (Устройства СВЧ и антенны. редакция Д.И. Воскресенский), страница 5

Линия переда«в конструкция которой не допускает упругого нли пластичного изгиба, называется есягкой, в противном случае — гибкой. Вакноеодам называется линия передачи, имеювд адцу или несколько проводящих поверхностей, с поперечнь~м сечением в виде зацкнутога проволяшего контура, охватывающего область распространения электро,ыагнцтной знергнн. Если такой проводящий контур отсутствует, то линия передачи называется открытой.

Рне 2.2. Классификация линий передачи К «рсеокочиым линиям передач« относятся воздушные двухпроводные н четырехпроводные линии перелвчи. Па рнс. 2.2 представлены по. перечные сечения таких линий передачи. Проводники линии мо~уг быть покрыты диэлектриком.

Основным чапом волны в ннк является 1 -волна 'В четырехпроводных линиях возбужЛаются попарно соединенные прошвгннкц, например, вертикальные, горвзонтальные нли диагональные. щще линии передачи используются Рнс.2.2. Поперечные сечения лраяачачных линий. Лцапазанах гектометровых, дека. а - лву« рсвозчов,б- чртцргхара алкая Жтровых н метровых волн. К «смоскоеым линиям передачи относятся несимметричная н симметричная пошмкавые линии, шелевая и копланарная линии.

поперечные сечения таких линий и еррукгура полей в них прсдставдены на рис 2.2. Они применяются в диапазонах децнцвгрюаых, сантиметровых и длнннаволновой чисти миллиметровых волн. Основной йг"гной несимметричной н симметричной полосковых линий является 1-волна. В ше'йеаой н компланарной линиях основной являлся Н -волна Библиотека СВИ В ° Г.;. ы, ~. /гбао'Уй! чт Рис. 2.3. Папе)юзные сечения цолосковых линий перелачи: е- иеснммсзрмчней, б- с»»мега»числ, г — железой, г- хам ильмар»ай Различают также микрополосковые линии передачи. К ним относятся полосковые гпмнп, у коюрых диэлектрическая пластина (подложка) имеет болыпую относительзую диэлектрическую проницаемость с, (более 10) и малые потери.

Вследствие этого аомсгрические размеры устройств, выполненных на основе таких линий, уменьшают:я примерно в ц)с, раз. В качестве.диэлектрической подложки микрополосковых литий используются поликор, ситалл, кремний, сапфир и др. Для уменьшения потерь в юлосковых линиях в качестве диэлектрика испОльзуется воздух. Такие линии называется еоздуш»ыын или еысокодобром»ым» пизоскоеым» лнн»ям». Двзлехмр»ческ»е линии ЕЕ О передачи классифицируются в зависимости от формы поперечного сечения Некоторые из них представлены на е) б) е) г) рис. 2.4. Такие линии используются в диапазоне миллиметровых волн.

Основным ЙЕ БЬ типом волны является гиб- ридная )(Е -волна. д) е) зс) При удалении от ди- электрика амплитуда волны, Рнс. 2.4. Поперечныс сечения даэлектрических распространяюшейся по ли- линий передачи. иии, бьютро убывает. Натке- «гуглсй, б - прям»уголь»ей, е — гаубчьзей, — зесзлеабралыа,,зне мстддзцпзссюзцз зкрдна а д, г- зеркальных зеркальных диэлектрических тиниях (рис. 2.4,д — эс) позволяет сохранять поляризадионную структуру поля распро:траияюшейся волны. Вцзохо»»о-опмнческ»е линии передачи используются в децимнллиметровом (суб миллиметровом) и огпическом диапшонах. Онн представляют собой лизлекгричсскую тинию круглого поперечного сечения, выполненную из кварца, с одним или несколькими Шновременно распросграпяюшиыися типами волн.

Линия передачи, в которой на данной звстоте может распросзраняться одновременно несколько типов волн (мод), нвзываезсл м»ого»адово». Диаметр круглого волокна составляет несколько длин волн электромагчитных колебаний. Распространение волн в волоконно-оптических линиях передачи основано на эффыце полного внутреннего отражения ог границы дюлектрик — воздух. ))дв уменыпения тепловых потерь зщх линиях используют волокна с угнал« ппощимся в поперечном сечении ,',Пгффнциентом преломления. Эта грищэдит к уменыпенюо геометрического пути который проходит луч иа «сйщципу длины линии передачи. а) Квозиолыичсскис бгучееыс) линии передачи предсщвляют собой нсрегузййрные линии, принцип работы котофгд основан на использовании оптиче- н, е пр«« бких свойств радиоволн. На рис 2.5 н'~ ' у«г яи,« схематично представлены варианты б) !юегроения таких.линий.

Они нспольРис.2.5. Лучевые линии лерслачи 'зрвнтя в диапазонах миллиметровых и а- лрзиислькоючипа.б-якизазсгатипа аубмиллиметровых волн. Коакскольлыс еазнсеобы представляют собой жесткие или гибкие коаксиальные )абели, основной в которых является Т -волна. Они используются в диапазонах от гек.'шмстровых до сантиметровых волн включительна.

Поперечные сечения наиболее распространенных на практике коаксиазьных волноводов представлены иа рнс. 2.6. Рис. 2.7. Палсрсчиыс сечеии» мсталлическик велиоволав. а- врзк улья«нога, б — «руглагс, з — П-обрезного,г - Н-абрюзкка, д - эх|кити ссксгс Рис. 2.6. Палерсчиыс сечения коаксиалькык волиаволов а — круглого, б- рзкаугоь ага йатиоеоды прямоугольного, круглого и более сложкых поперечных сечений представляют собой металлические трубы соответствующих поперечных сечений (рис. 2.7) Основной в таких линиях передачи является низшая Н-волна, Металлические волноноды используются в диапазонах от коротковолновой части дециметровых до миллиметровых волн.

На рнс. 2.8 покюаны области частотного диапазона, в которых используются те юпг нные типы линий передачи Линии передачи могут быть классифицированы по порядку связности их поперечиога сечения. Порядок связности является геометрической характеристикой поперечного Фещния линии и определяется числом проводящих поверхностей. В зависимости от количества проводящих поверхностей линии передачи разделяют на односвязные, двухсвязные, трсхсвязные, многосвязные и нулевой связности прн отсутствии провопяшнх поверхностей.

Например, металлические волновопы являются односвязными линиями передача, коакснальные аолноводм — двух- связными, а диэлектрические линии передачи гсм. рис. 2Л, а-г) имеют нулевую связность поперечного сечения. Рнс. 2 В. Применение линий передачи а различных диапазонах длин волн 2.2. Днфференцнальные уравнеыва длинной лынии На практике наибольшее распространение получили отрезкн регулярных линий передачи той нлн иной длины. Если Мина регулярной линии передачи существенно превышает длину волны в линии Хю то такая линия называется длюглокд Характерной особенностью длинных линий является возможность существования в ннх двух волн.

распространяющихся навстречу друг другу. Одна нз этих волн образуется генератором электромагннтных колебаний, подю~юченным к лннии, н называется иадеюшгй. Другая волна образуется нз-за отраженна падающей волны от нагрузки, подключенной к противоположному концу линии, н называется омраэсениой Отраженная волна распространяется в направленца, обратном падающей вояке. Все разнообразие процессов, происходящих в длинной линии, определяется амплитудно-фазовыми соотношениями между падающей и отраженной волнами. ггг Рассмотрим двухпроводную длинную ли- нию, представленную на рис. 2.9, где обозначе- Г енератор 2 но; 2„ = Я„ +!Х„ — комплексное сопротивление нагрузки; - — продольная координата линии, отя считываемая от места подключения нагрузки.

Нз электролинамики известно, что линия передачи может быть охарактеризована ее лорно. 2.9. К выводу дифференциальных уравнений длинной ямкин гоияыы» пираиемрали: й, — погонное сопро- тнвленне, Ом!м; О, — погонная проводимость, )ДОм м); Д вЂ” погонная нндуктнвность, Гнlм; С, — погонная емхость, Ф!м. Погонные сопротивление я, н проводимость О, зависят от проводимости материала проводов и качества диэлектрика, окружающего этн провода, соответственно.

Чем меныпе тепловые потери в металле проводов н в днзлекгрике, тем меньше соответственно Л, н С, . Погонные нндуктнвность д и емкость С, опрелелмотся формой и размерами поперечного сечения проводов, а также расстоянием между ними. 20 Иыделим из линии элементарный уяжппк бесконечно малой длины дг и )и)!ммотрнм его эквивалентную схему («ша, 2,10). Здесь стрелками обозначены йддршшения отсчета напряжения и и оогщ / алипии; !/и и д/ — приращения Шщршкения и тока а линии на элементе р/щпы !й.

Рне. 2.10. Эквивалентны схеме участка линии Значения параметров схемы опре- 4)шюпотсл соотношениями дй=Ддг, да=и,дг, дСйи!Ш, д/=/,~,. Исполшуя эквивалентную схему, запишем выражения для приращений напряже- йля и тока: !/и=/(дйь/тдь), ау=и(ди+!тди). Подставляя сюда значения параметров схемы из (2.1), получасы !/и = /2!!/г, д/ = иУ!дг, (2.1) (2.2) (2.4) Где 2, мй, + !тД; 1; = и, а лаи, — погонные комплексные сопротивление и проводиашсть линии. Из последних соотношений находим Н/ д/ — =/2, — =И'. / !' / !' Эти соотношения назыааются телеграфными уравнениями длинной линии. Они определяют связь между таком и напряжением в любом сечении линии. Решим телеграфные уравнения относительно напряжения и тока Для этого проднфференлируем их по г: д'и д/ «'/ ди — = — 2„— = — 1т йг дг ' дг' й При этом учтем, что Щ дУ! дг * дг Данные соотношения являются математическим определением регулярности длинной линии.

Смысл соотношения (2.4) состоит в неизменности вдаль линии ее погонных параметров. Подставляя в (23) значения производных напряжения н тока из (2 2), после преобразований получаем — -у и=о, — -у /=о, д'и г г/'/ г (2. 5) ,/ г г/ш У - коэффициент распространения волны в линии: у = цг2!У! . Соотношения (2.5) назыааются адларадимии волновыми уравнениями длинной длили. Их решения известны и могут быть записаны а виде и = Ан * - В е "', 1 = Асс" + Вне ", (2.6) где Ан, Вп и А,, В, — коэффициенты, именнцие единицы измерения напряжения и тока соответственно, смысл которых будет ясен ниже Решения волновых уравнений в виде (2.6) имеют весьма характерный вид: первое слагаемое а этих решениях пРсдставлает собой падающую выну напряжения или тока, распространяющуюся от генератора к нагрузке, второе слагаемое — аюрспсенную выну, раапространяюшуюся от нагрузки к генаратару.