Литература Ерохин Чернышов, Козырев Антенно фидерные устройства и распространения радиоволн
 Скачать 0.74 Mb.
|
Лекция 2.Линии передачи СВЧ.Линии передачи СВЧ называются устройства которые ограничивают область распространения эл.маг колебаний и направляет их в заданном направлении. Различают 2 вида линии передач: регулярные и нерегулярные. Регулярные- называются линии передачи у которой в продольном направлении постоянны поперечное сечение и эл.маг свойства заполняющих ее сред. Если одно из условий регулярности не выполняется то такая линия называется нерегулярной. Кроме того различают линии передач: однородные и неоднородные. Если линии передачи заполнена однородной средой то она называется однородной, в противном случае линия неоднородная. Энергия передается по линиям передачи по средствам эл.маг волн. Различают следующие типы волн Поперечные эл.маг волны, обозначаются Т и ТЕМ. Это волны которые не содержат продольных составляющих векторов напряженности электрического и магнитного полей в направлении распространения. Рис.4(а,в). П-это вектор Пойтинга показывающий направление распространения эл.маг. энергии в пространстве и характеризующий плотность потока мощности переносимую через один квадратный метр поверхности перпендикулярный направлению распространения. Из уравнения Максвелла  согласно векторному произведению вектор П перпендикулярен плоскости в которой лежат вектора E и H Рис.4(б) и направлен так что поворот от вектора Е к вектору Н по кратчайшему расстоянию осуществляется против часовой стрелки, если смотреть с конца вектора П. т.е. Е Н и П образуют правую тройку векторов. Рис. 4. Распространение поперечной электромагнитной волны типа Т (ТЕМ) Магнитные (поперечно-электрические волны). Это волны у которых вектор напряженности электрического поля  имеет только поперечную составляющую, а вектор напряженности магнитного поля , как поперечную так и продольную составляющую Рис.5(а, б). Рис. 5 Распространение магнитной волны типа Н (ТЕ) Электрические (поперечно магнитные волны)Е, ТМ. Это волны у которых вектор напряженности магнитного поля  имеет только поперечную составляющую а вектор напряженности электрического поля  помимо поперечной имеет так же и продольную составляющую Рис.6 (а, б). Рис. 6. Распространение электрической волны типа Е (ТМ) Гибридные волны. Волны типа НЕ или ЕН. Для таких волн характерно наличие помимо поперечных составляющих продольных составляющих как магнитного, так и электрического полей. Такие волны, как правило, существуют в неоднородных линиях передачи и поэтому используются достаточно редко. Коаксиальные линии. Основные понятия.Коаксиальная линия (кабель) состоит из 3-х основных элементов Рис.7  Рис. 7. Поперечное сечение коаксиальной линии: 1 - внутренний проводник; 2 - внешний проводник; 3 – диэлектрик; 4 – внешняя оболочка В коаксиальной линии , как и во всякой линии передачи эл.маг. энергии возможно существование трех типов волн: ТЕМ, Е, Н. Поскольку волны типа ТЕМ не имеют критических частот  то по коаксиальной линии могут распространяться колебания волн типа ТЕМ любых частот. Критическая частота это частота начиная с которой могут распространяться волны в линии передач. Область частот  и  называется областью отсечки в которой линия не может быть использована для обычной передачи энергии. Волна типа ТЕМ является основной волной коаксиальной линии или волной основного типа распределенной внутри ее объема. Коаксиальная линия нормально работает на волне основного типа, если ее поперечные размеры несоизмеримы с длинной волны. Критические волны для колебаний типа Е и Н соизмеримы с поперечными размерами коаксиальной линии и поэтому они могут распространяться только на очень высоких частотах. Поэтому волны типа Е и Н в коаксиальной линии называют волнами высших типов. На Рис.8 приведена структура поля волны типа ТЕМ в коаксиальной линии. Рис.8. Структура поля волны ТЕМ в коаксиальной линии Как видно из Рис.8 перенос энергии происходит вдоль оси Z следовательно должна существовать бегущая волна. Следовательно положение максимума электрического и магнитного полей должно совпадать, кроме того бегущая волна приводит к чередованию электромагнитных полей по знаку. Согласно обобщенной теории Гаусса силовые линии электрического поля могут начинаться и заканчиваться на зарядах. Следовательно на внутреннем проводнике и внешнем проводнике коаксиальной линии образуются заряды (Рис.8). Под действием этих зарядов протекают токи проводимости  вызывающие затухания (потери) эл.маг волны. Рассмотрим основные параметры коаксиальной линии.Волновое сопротивление. Для любой среды.  33\* MERGEFORMAT () для свободного пространства  тогда  Волновое сопротивление коаксиальной линии  44\* MERGEFORMAT () - Относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика.Пробивное напряжение. Пробой коаксиальной линии наступает при таком напряжении когда максимальная напряженность электрического поля в линии достигает значения  . Поскольку в коаксиальной линии напряженность электрического поля максимально у поверхности внутреннего проводника и равна  55\* MERGEFORMAT ()то фактически это предельная напряженность электрического поля в диэлектрике. Следовательно ток при пробое ток будет равен  66\* MERGEFORMAT (). Исходя из значения тока при пробое 6 и величины волнового сопротивления выражение 4 пробивное напряжение будет определятся соотношением  77\* MERGEFORMAT ()Максимум пробивного напряжения достигается при  это соответствует волновому сопротивлению  Предельная мощность передаваемая по коаксиальной линии может быть определена из выражения  .88\* MERGEFORMAT () Максимум это зависимости наступает при отношении  .Допустимая мощность. Допустимой (рабочей) мощностью называют придельную мощность пропускания линии передачи умноженную на коэ-т запаса электрической прочности. Обычно считают  99\* MERGEFORMAT () Коэф-т запаса учитывает неоднородности вызывающие местные концентрации электрического поля и климатические факторы. В коаксиальных линиях коэ-т запаса учитывает также электрическую прочность элементов крепления. Например для «металлических изоляторов» и специальных шайб соотношение 9 сохраняется. Для шайб из полистирола коэф-т запаса составляет  Затухание. Затухание (потери) в коаксиальных линиях работающих на волне типа ТЕМ складываются из потерь в проводниках  и потерь в диэлектрике  в свою очередь значения  можно найти из формул  1010\* MERGEFORMAT () и  1111\* MERGEFORMAT () - тангенс угла диэлектрических потерь - длина волны в метрах - частота в Ггц -поверхностное сопротивление проводника.  удельная проводимость материалов проводника  . Минимальное затухание коаксиальной линии соответствует  , что соответствует  Рабочий диапазон частот коаксиальной линии ограничивается только со стороны высоких частот возможным возбуждением волн высших типов (Е и Н). Условие нераспространения волн высших типов имеет вид  1212\* MERGEFORMAT () из выражения 12 следует что для расширения частотного диапазона необходимо уменьшать поперечные размеры коаксиальной линии. Однако как видно из выражений 8 и 11 эта ограничивается уменьшением пропускаемой мощности и увеличением потерь. |