Радиочастотные коаксиальные кабели находят широкое применение в промышленной, связной, телевизионной радиолокационной и другой радиотехнической аппаратуре. Они используются в качестве фидерных линий, линий дальней связи, трансформаторов сопротивлений, элементов полосовых и режекторных фильтров.

Гибкие коаксиальные кабели применяются также для устройства междублочных соединений и монтажа радиоаппаратуры. Л<!есткие коаксиальные линии используются в качестве колебательных контуров многих устройств метрового и дециметрового диапазонов волн.

Существует ряд типов коаксиальных кабелей специального назначения: кабели задержки с замедленной скоростью распространения электромагнитных волн, кабели трансформации с переменным по длине волновым сопротивлением, высокоомные кабели с малой, погонной емкостью, применяемые в импульсных установках.

На частотах до нескольких десятков мегагерц наряду с экранированными линиями, примером которых является коаксиальный кабель, используются и неэкранированныо линии, однако они обладают повышенными потерями и подвержены влиянию помех.

Диапазон частот, в котором используются экранированные линии, очень широк: от звуковых частот (сотни и тысячи герц) до сверхвысоких частот (несколько тысяч мегагерц). Основные достоинства таких линий - возможность передачи широкого спектра частот, относительно небольшое затухание, малые поперечные размеры, самоэкранирование и защищенность от внешних помех, надежность и экономичность - способствуют их широкому распространению. На частотах выше нескольких десятков мегагерц применяются в основном экранированные линии.

Ыа частотах выше нескольких тысяч мегагерц экрани-ронаппые линии, в том числе коаксиальные кабели, стано-

вятся уже малоэффективными, и приходится применять другие типы линий - волноводы, представляющие собой полые металлические трубы прямоугольного или круглого сечения. Дело в то.м, что на таких частотах сильно возрастают потери как в проводах экранированной линии, так и в диэлектрике, которым разделены ее внутренний и внешний провода. Другое обстоятельство, затрудняющее использование коаксиальных линий на коротковолновом участке диапазона сверхвысоких частот, заключается в невоз.можности передачи по такой линии большой мощности.

Мощность, которую можно передать по коаксиальной линии, ограничена значением напряжения между провода ми линии, при котором наступает пробой. Пробивное напряжение йожет быть повышено, при сохранении заданного волнового сопротивления, пропорциональным увеличением диаметров внутреннего и внешнего проводов. При этом увеличивается толщина слоя изоляции между проводами, благодаря чему повышается величина пробивного напряжения. Но при использовании коаксиальной линии в диапазоне сверхвысоких частот диаметр внешнего провода ограничен. Он не может превышать определенной величины, так как при длине внутренней окружности этого провода, соизмеримой с длиной волны электромагнитных колебаний, в линии могут возникнуть паразитные типы волн, приводящие к искажениям сигнала и увеличению потерь.

Глава первая

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В КОАКСИАЛЬНЫХ КАБЕЛЯХ

!. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ В КОАКСИАЛЬНОМ КАБЕЛЕ

При передаче по линии энергии электромагнитных колебаний высокой частоты около проводов линии возникает электромагнитное поле, представляющее собой совокупность переменных электрического и магнитного полей. Обе эти составляющие электромагнитного поля неразрывно связаны и не могут существовать раздельно, независимо одна от другой: переменное электрическое поле порождает магнитное, а переменное магнитное поле - электрическое.

Составляющие электромагнитного поля имеют в любой точке пространства около проводов линии определенную величину и направление . и называются соответственно векторами электрического и магнитного полей. Графически векторы электрического и магнитного полей {Е и Я) изображают в виде стрелок, длина которых пропорциональна напряженности поля (электрического или магнитного) .

На рис. 1 условно изображено электромагнитное поле в поперечном сечении простейшей двухпроводной линии передачи (открытая двухпроводная линия). В каждой точке поля вектор электрического (магнитного) поля направлен по касательной к силовой линии электрического (магнитного) поля. Силовые линии расположены гуще в той области пространства, где поле сильнее, и реже - где поле слабее.

Как видно из рис. 1, электрические и магнитные силовые линии расположены наиболее густо в пространстве между проводами. Это означает, что основная часть энергии электромагнитного поля сосредоточена именно здесь, вблизи проводов линии. По мере удаления от проводов электрическое и магнитное поля быстро ослабевают,

однако их можно обнаружить даже на сравнительно большом расстоянии от двухпроводной линии. Таким образом, четко выраженной границы, отделяющей электромагнитное поле двухпроводной линии от окружающего пространства, не существует. Это значит, что часть энергии распространяющейся по линии, рассеивается в окружающем пространстве. Кроме того, такая открытая линия

Рис. 1. Электрическое п магнитное поля в поперечном сечении двухпроводной симметричной линии.

- электрические силовые линии;

--- магнитные сидовые линии.

является источником помех и сама воспринимает помехи от окружающих источников излучения.

Если окружить двухпроводную линию металлическим экраном, то электромагнитное поле линии будет существовать только в пространстве, заключенном внутри экрана. Излучения электромагнитной энергии в окружающее пространство в этом случае не будет.

В линии, окруженной экраном, можно вместо двух проводов оставить всего один, а в качестве второго провода называемого по аналогии с линиями постоянного тока «обратным», использовать экран. Линия, в которой «прямым» является внутренний провод, а «обратным»

Рис. 2. Поперечные сечения песим!иетричных экранированных линий. / - центральный провод; 2 - эк:)ан (обратный провод).

проводом служит экран, в отличие от двухпроводной (симметричной) линии называется несимметричной.

Как экран, так и внутренний проводник несимметричной линии могут иметь различные формы поперечного сечения. На рис. 2 показаны примеры некоторых поперечных сечений несимметричных линий, В том случае, когда ось внутреннего проводника, имеющего вид цилиндра, и ось экрана совпадают, линию называют коаксиальной (рис 2,а). Коаксиальные линии являются наиболее распространенным типом несимметричных экранированных линий.

Электромагнитное поле в поперечном сечении коаксиальной линии условно изображено на рис. 3. Электрические силовые линии направлены по радиусам. Магнитные силовые линии имеют вид концентрических окружностей, охватывающих внутренний проводник. Векторы электрического и магнитного полей в каждой точке поперечного сечения линии взаимно-перпендикулярны.

Если к линии приложено синусоидальное напряжение, то величины векторов электрического и магнитного полей AieHHrorcH во времени по синусоидальному закону. Величины векторов Е я Н в разные моменты времени будут принимать различные значения - от нулевых до максимальных, называемых амплитудными. При переходе векторов Е я Н через нулевые значения их направление меняется на противоположное.

Рис. 3. Электрическое и маг-нитиоз поля в поперечном сечении коаксиальной линии.

-электрические силовые

линии;

---магнитные силовые линии.