Доставка цветов в Севастополе: SevCvety.ru
Главная -> Радиочастотные линии

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 [20] 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68


Таким образом, оптимальные отношения диаметров коаксиального кабеля для получения минимального затухания и максимального напряжения не совпадают. Увеличение значений затухания и напряженности электрического поля при отклонении от оптимальных значений показано на рис. 3.7. Из данных этого рисунка вид-

Рис. 3.7. Увеличение напряженности электрического поля на поверхности внутреннего проводника (]) и затухалия в кабеле (2) при отклонении соотношения диаметров от оптимальных значений

НО, что при оптимальном отношении диаметров для получения минимального затухания (D/d = 3,6) напряженность электрического поля на поверхности внутреннего проводника на 12% больше минимально возможной. При минимальном отношении диаметров для получения максимального напряжения (£)/d=2,72) затухание кабеля будет больше минимального на 4%. Эти данные показывают, что при выборе конструкции коаксиального кабеля следует учитывать его назначение и предъявляемые требования по электрической прочности и затуханию.

Для коаксиальной конструкции кабеля передаваемая мощность может быть ограничена максимально допустимым напряжением, определяемым из выражения (3.68). Напряжение будет наименьшим, когда сопротивление нагрузки будет равно волновому сопротивлению кабеля. В этом случае мощность, передаваемая по кабелю, будет равна

Р, = (3.70)

где U = y2P,Z,=

120P„

InD/d. .

Используя выражения (3.68) и (3.70), можно написать

2{D/d)U D/d 3jjj

El In D/d

£iVe /In D/d

Исследуя это выражение на получение минимального диаметра в зависимости от величины D/d, т. е. дифференцируя его по DJd и приравнивая производную нулю, получим 2 In D/d - 1 = 0. Отсюда оптимальное отношение диаметров кабеля для передачи мощности, ограниченной максимально допустимым напряжепием, будет равно 1,65.

При расчете мощности, передаваемой по радиочастотным кабелям, необходимо исходить не только из величины максимально до-

пустимого напряжения, но и из теплового рассеяния внутри кабеля, зависящего от условий прокладки и использования кабеля. При таком тепловом расчете могут быть также получены оптимальные отношения диаметров, обеспечивающие наилучшие условия передачи. Однако численные значения оптимальных отношений могут быть получены лишь для конкретных конструкций кабелей и условий их эксплуатации.

Величина волнового сопротивления кабеля имеет весьма важное значение в практике использования кабелей для радиотехнической и электронной аппаратуры. Очень важно, чтобы радиочастотные кабели, выпускаемые промышленностью, имели стандартные значения волновых сопротивлений. При выборе значений волновых сопротивлений коаксиальных кабелей необходимо учитывать оптимальные отношения диаметров, рассмотренные выше. В табл. 3.2 приведены значения волновых сопротивлений при опти-

Т а блица 3.2

Значение волновых сопротивлений при оптимальных отношениях диаметров для различных типов конструкций коаксиальных кабелей

Значение волнового сопротивления z„.

Характеристика, принятая за основу при ввборе оптимального волнового

(0/>опт

при следующих значениях

сопротивления

1,03

1,15

1 ,25

1 ,45

1 ,54

Затухание:

внешний проводник - медная трубка

3,59

проводник -медная оплетка

Номинальное напряжение

2,72

Номинальная мощность

1,65

мальных отношениях диаметров для различных типов конструкций коаксиальных кабелей. В этой таблице коэффициент укорочения длины волны g=l,03 соответствует кабелю с воздушно-пластмассовой изоляцией (практически кабели с шайбовой изоляцией), = 1,15 и 1,25 - кабелю с воздушно-пластмассовой изоляцией кор-дельной или пористой, g=l,45 - кабелю со сплошной изоляцией из фторопласта-4 и 1=1,52 - кабелю со сплошной изоляцией из полиэтилена.

Данные табл. 3.2 показывают, что если получение малого затухания кабеля является решающим фактором, то следует применять кабель с воздушно-пластмассовой изоляцией, принимая его волновое сопротивление равным 75 Ом. Именно это значение волнового сопротивления и принято для коаксиальных кабелей магистральной связи и телевидения, где получение минимального затухания играет решающую роль для получения наибольшей длины усилительных участков. Для обеспечения соединений в аппаратуре необходим и гибкий коаксиальный кабель с таким волновым сопротивлением.



Радиочастотные кабели имеют часто гибкую конструкцию и должны обеспечивать как получение сравнительно небольшого затухания, так и передавать в ряде случаев значительную мощность. Из данных табл. 3.2 видно, что компромиссным решением для кабелей с воздушно-пластмассовой изоляцией является принятие BOviHOBoro сопротивления, равного также 75 Ом, а для кабелей со сплошной изоляцией - 50 Ом. Эти значения волновых сопротивлений могут быть рекомендованы как стандартные, если не предъявлено к кабелю каких-либо особых требований, определяющих его конструкцию.

3.5; ЭКРАНИРУЮЩИЕ СЮЙСТВА КОАКСИАЛЬНЫХ КАБЕЛЕЙ

Экранирование преследует цель защиты определенной области пространства от проникновения электромагнитного поля. В кабельной технике важно ограничить распространение в пространстве электрического и магнитного полей. Электростатическое поле полностью экранируется даже тонкой металлической фольгой. Экранирующее действие экрана в переменном поле определяется наведенными в толще стенок экрана токами и магнитным полем, вызванным этими токами. Поэтому экранирующее действие будет тем выше, чем больше частота тока и толщина стенок экрана.

В коаксиальном кабеле роль экрана выполняет внешний проводник. Токи помех во внешнем проводнике кабеля, вследствие явления поверхностного эффекта, сосредоточиваются на внешней поверхности в слое тем более тонком, чем выше частота поля помех. Переменные токи, передаваемые по кабелю, вследствие явления эффекта близости, сосредоточиваются на внутренней поверхности внешнего проводника. При этом глубина проникновения тока в металл тем меньше, чем выше частота. Токи помех и токи передаваемых сигналов по коаксиальному кабелю с увеличением час-готы стремятся все более и более отделиться друг от друга. Именно этим объясняются хорошие экранирующие свойства коаксиальных кабелей при высоких частотах.

Действие экрана характеризуется коэффициентом экранирования. Коэффициент экранирования представляет собой отношение напряженности электрического Ег или магнитного Нг поля помех в какой-либо точке экранированного пространства к напряженности поля Еа или На В ТОЙ жс точкс при ОТСУТСТВИИ экрэнз, т. е.

S = EjEa = HdHa. (3.72)

В общем случае коэффициент экранирования является комплексной величиной, а следовательно, будет иметь место сдвиг фаз между внутренним и внешним полями. Эффект экранирования будет тем больше, чем меньше коэффициент экранирования S.

Эффект экранирования часто характеризуют затуханием экра-шфозания As. Затухание экранирования As, дБ, определяют, исходя нз модуля \S\, по формуле

5==201g

(3.73)

р,. i:"" степени экранирования частю пользуются поняти-

лениемТоГ/;и «"ваемым иногда взаимным сопро™

лением. Во внешнем проводнике коаксиального кабеля при воздействии на него поля помех появится помехонесущий ток Л Если этот кабель замкнуть на одном из концов накоротко то на противоположном его конце, как показано на рис. 3 8, можно из


Рм. 3.8. К определению сопротогвления связи Zg

MepiiTb напряжение Un, равное падению напряжения от помехоне-сущего тока во внешнем проводнике кабеля длиной /.

Сопротивлением связи называют отношение напряжения f/n к помехонесущему току /п во внешнем проводнике или экране при холостом ходе. Следовательно, сопротивление связи на единицу длины кабеля равно

Z, = UJIJ. (3.74)

Сопротивление связи при постоянном токе равно сопротивлению внешнего проводника или экрана постоянному току. При переменном токе сопротивление связи существенно отличается от сопротивления связи при постоянном токе. Вследствие явления поверхностного эффекта переменный ток будет оттесняться во внешнем проводнике к наружной поверхности (см. рис. 3.8), и напряжение Un будет уменьшаться. Чем меньше будет сопротивление связи, тем больше эффект экранирования.

При расчете экранирующих свойств коаксиальных кабелей по имеющимся в литературе формулам [2] получается, что затухание экранирования для поля внешних помех несколько выше, чем для поля самого кабеля. Это различие происходит от того, что в первом случае рассматривается плоская волна, в то время как во втором случае имеет место цилиндрическая волна. Вообще же, затухание экранирования и коэффициент экранирования зависят только от конструкции и материала экрана. Это следует из принципа взаимности, справедливого также и для электромагнитных полей в коаксиальном кабеле.

Некоторые конструкции радиочастотных кабелей могут иметь вплппий проводник из сплошной .металлической трубки. Трубка может быть как монометаллической, так и биметаллической. Коэффициент экранирования сплошного внешнего проводника может



быть определен по следующей приближенной, но достаточно точной для практических расчетов формуле [2]:

5 = ! = (3.75)

(l+t/D)chVi kt

где - толщина внешнего проводника; D - внутренний диаметр внешнего проводника; -коэффициент вихревых токов, I/mm:

(f, кГц; р, Ом-мм2/м).

При определении коэффициента экранирования по ф-ле (3.75) следует иметь в виду, что

chKiA = ch(--fi-i-) = ch-cosA + i

ish--sin-. о о

(3.77)

Для радиочастотных кабелей практически всегда />б, и поэтому можно положить, что chKi~-e Применяя для этого случая ф-лы (3.75) (3.73), нетрудно получить, что

= 8,69 [ 6 0,69 - 2,3 Ig (1 + t/D)] (3.78)

(As выражена в децибелах).

Используя эту формулу, можно определить затухание экранирования для сплошного внешнего проводника. На рис. 3.9 показа-

2000

600 Ш

2 3 if-5 6 7 89100 2 3 >f /,МГи,

Рис. 3.9. Зависимость затухания экранирования от частоты для сплошного медного внешнего проводника

на частотная зависимость затухания экранирования для медного внешнего проводника толщиной 0,5 мм. При этом диаметр кабеля по изоляции принимался равным 8 мм. Расчет по ф-ле (3.78) показывает, что затухание экранирования определяется в основном первым членом, а последующие члены имеют малое практи-

ческое значение. Отсюда следует, что размеры коаксиального кабеля мало влияют на затухание экранирования. На рис. 3.10 приведена зависимость затухания экранирования от толщины медно-

Рис. 3.10. Зависимость затухания экранирования от толщины сплошного медного внешне-.о проводника


зКра /Г, \JJ-aPa

ГО внешнего проводника для частоты 100 МГц. Из рис. 3.9 и 3.10 видно, что сплошной внешний проводник обеспечивает очень высокую экранировку коаксиального кабеля.

Сопротивление связи коаксиального радиочастотного кабеля со сплошным монометаллическим внешним проводником может быть определено по формуле

L ~;?, VI, (3.79)

где R<jb - сопротивление внешнего проводника постоянному току.

Если в эту формулу подставить р в Ом-мм/м, k в 1./мм, а D и и t в мм, то сопротивление связи Zs будет в Ом/м.

Имея в виду, что Ki=(l+i)/6, можно написать

shl/u/ = sh

При >б можно принимать, что

- +ich - sin-

shl/i kt:

1 VVkt

e =

-e*(cos-

isin-

(3.80)

(3.81)

Тогда для инженерных расчетов ф-лу (3.79) можно использовать в таком виде:

2k(, е-

n(D+t)

--1-1+ i sin

(3.82)

Используя выражения (3.75) и (3.79), можно написать следующую формулу, связывающую сопротивление связи п коэффициент экра};ирования:



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 [20] 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68



0.0103
Яндекс.Метрика