Zt.Dti

10 20 30 50 WO гоотл,мн

Рис. 2.5. Графики для расчета волновых сопротивлений двухпроводных (симметричных) воздушных пиний

Zb , On

150 100 50

р 5 10 15 говм

Рис. 2.6. График для определения волнового сопротивления коаксиальной линии с воздушным диэлектриком

Ка рис. 2.6 приведен график для определения волнового сопротивления Zb коаксиальных линий с воздушным диэлектриком. Для определения Zb таких линий, заполненных диэлектриком с ег>1, надо значение, определенное по графику, разделить на гг. (Некоторые справочные данные о радиочастотных линиях передачи приведены в приложении П.1.)

Волноводы. В аппаратуре сантиметровых и миллиметровых волн в качестве линий передачи наибольшее применение находят волноводы, представляюш;ие собой полые металлические трубы из хорошо проводящего металла. Наиболее распространенными являются волноводы прямоугольного и круглого поперечного сечения. Толщина стенок волновода выбирается из условий механической прочности, а внутренняя поверхность для уменьшения потерь иногда покрывается тонким слоем серебра или золота.

В связи с отсутствием внутренних изоляторов и центрального провода относительно малого сечения волноводы обеспечивают передачу энергии с меньшими потерями, чем в коаксиальных линиях.

Для передачи электромагнитных волн по волноводу нет необходимости во втором проводнике (как в случае коаксиального кабеля), так как направляемые волны образуются вследствие многократного отражения от его стенок.

В волноводе возможны различные структуры (типы) электромагнитного поля. На рис. 2.7 для примера показана структура поля для некоторого момента в наиболее широко применяемом прямоугольном волноводе при распространении в нем волны типа Яю.

Особенностью волновода является то, что по волноводу заданных поперечных размеров нельзя передавать колебания, длина волны которых больше некоторой критической волны Якр. Для упомянутой выше волны типа Н\й (при воздушном заполнении)

Хкр = 2а,

где а - размер широкой стенки волновода. 12

(2.65»

----~--о, -

г--°*of°lof*

:i-fS.

4>

Рис. S.7. Прямоугольный волновод (a) и структура (поля в нем при волне типа Яю: в плоскостях хоу (б); даг (е); yoz (г)

Для того чтобы по волноводу распространялась только волна типа Яю, необходимо, чтобы выполнялись условия

Я/2<а<Я; Ъ<Ш.

где Я - длина волны в воздухе.

Для колебаний других типов в прямоугольном волноводе критическая длина волны будет несколько меньшей, чем для колебаний волны Яю, и определяется более сложной формулой.

Длина волны в волноводе (определяемая фазовой скоростью волн) получается большей, чем в свободном пространстве (вакууме), и равна (для волновода с воздушным заполнением)

в = -7==Fr. (2.7)

В волноводе бесконечной длины или ограниченных размеров, но с согласованной на конце нагрузкой, так же как и в двухпроводной линии, устанавливается режим бегущих волн, характеризующийся наибольшим КПД передачи электромагнитной энергии по волноводу и отсутствием перенапряжений, возникающих в пучностях в режиме стоячих волн.

Для возбуждения волн внутрь волновода обычно помещается небольшой проводник - «штырек», располагаемый перпендикулярно широкой стенке волновода.

Для того чтобы электромагнитные волны внутри волновода распространялись в одном направлении, конец волновода, вблизи которого располагается источник, закрывается стенкой или поршнем. Расстояние от стенки до источника берется равным приблизительно четверти длины волны в волноводе.

Полосковые линии. Широко применяются в качестве фидерных линий и элементов различных узлов в диапазоне СВЧ так назьшаемые полосковые линии передачи. Они составляют серьезную конкуренцию элементам из отрез-

ков волноводных и коаксиальных линий из-за простоты конструкции и малых габаритных размеров, а таюке вследствие того, что в ряде случаев могут включаться в печатные микросхемы.

Различают два основных типа полосковых линий: симметричные и несимметричные.

Симметричная линия выполнена в виде узкой металлической полоски, расположенной между двумя экранирующими пластинами и изолированной от них диэлектриком. Несимметричная линия выполнена в виде металлической полоски, расположенной над экранирующей пластиной и изолированной от нее диэлектриком.

В симметричной полосковой линии ток одного направления проходит по центральной полоске, а обратно - по внутренней поверхности экранирующих пластинок, соединенных параллельно в начале линии. Картина поля в такой линии напоминает картину поля в линии провода с прямоугольным (замкнутым) экраном, и по ней распространяются поперечные электромагнитные волны типа Т.

Картина поля в несимметричной полосковой линии напоминает по.пе соответствующего проводника над бесконечным плоским экраном или поле в полупространстве соответствующей двухпроводной симметричной линии с расстоянием между проводниками, равным двойному расстоянию от провода до экрана. В указанной полосковой линии распространяются волны, близкие к волнам типа Т. При малом расстоянии (по сравнению с длиной волны) между металлической полоской и экранирующей пластиной вся энергия распространяющейся волны сосредоточена в непосредственной близости от проводящей полоски.

2.3. Элементы и узлы радиочастотных линий передачи

Основное назначение радиотехнических линий передачи - это соединение антенны с передатчиком или приемником.

Отрезки линии с дополнительными элементами в диапазоне коротких и особенно ультракоротких волн часто используются в качестве элементов согласования; для соединения неподвижных участков линий с подвижными (в частности, в качестве вращающихся сочленений); как симметрирующие устройства (для перехода от несимметричной (коаксиальной) линии к симметричной антенне); как развязывающие устройства (аттенюаторы, направленные ответви-тели, циркуляторы); как переключающие устройства (коммутаторы); как фазовращатели (для изменения фазы передаваемых колебаний); для защиты узла от перенапряжений; в качестве металлических изоляторов, резонансных колебательных контуров и для других целей.

Ниже кратко рассматриваются наиболее важные применения отрезков линий и некоторые специальные узлы линий передачи.

Согласование линии передачи с нагрузкой. В технике антенно-фидерных устройств большую роль играет согласование антенны с линией передачи, т. е. меры, принимаемые для устранения волн, отраженных от нагрузки, в результате чего в линии устанавливается бегущая волна.

Режим бегущей волны обладает рядом преимуществ. Можно доказать, что при одной и той же мощности, передаваемой по линии без потерь (или 14