Зная полное затухание в кабеле, молено вычислить, во сколько раз уменьшится мощность, дошедшая до конца линии, по сравнению с мощностью, поступающей на ее вход.

В случае, когда в линии имеет место режим бегущей волны (вся энергия, дошедшая до конца линии, поглощается в нагрузке, не отражаясь), мощность поступающая в нагрзвку, мощность Р, поступающая из генератора в линию и полное затухание линии 3/ связаны соотношением

,ч и

Напряжения в начале и коще линии в этом случае связаны с коэффициентом затухания следующим равенством:

P.620lg[ ИЛИ =

Токи в начале и конце линии связаны такими же соотно-щениями.

Зная полное затухание линии [3/, выраженное в децибелах или неперах, можно по этим формулам вычислить отношение мощностей или напряжений в начале и конце линии.

На рис. 8 приведена номэгра;«ма, с помощью которой можно по заданной величине р/ определить отношения

, UJU, и IJI,

Как уже упоглиналось, затухание в кабеле определяется потерями мощности на активном сопротивлении прямого и обратного проводов и потерями мощности в диэлектрике. Из всех известных диэлектриков наименьшими потерями обладает чистый сухой воздух. Потери в воздухе настолько малы, что, например, затухание в коаксиальной линии с воздушным диэлектриком на всех частотах практически определяется лишь потерями в ее проводах. Высокочастотные диэлектрики, применяемые для изоляции в гибких кабелях, например полиэтилен, также обладают малыми потерями, хотя и значительно большими, чем сухой воздух. На частотах примерно до 10 Мгц потери в проводах кабелей во много раз превышают потери в диэлектрике. Однако потери в диэлектрике растут пропорционально частоте

и при частоте в несколько сотен мегагерц могут превысить потери в проводах линии. По этой причине на частотах порядка ] ООО Мгц и выше часто используются так называемые жесткие коаксиальные линии с воздушным диэлектриком.

Затухание в проводах кабеля зависит от удельного сопротивления металла, из которого сделаны провода, размеров поперечного сечения проводов и частоты. Чем меньше удельное сопротивление проводов, тем меньше потери

в них. С увеличением частоты затухание в проводах растет. Это объясняется так называемым эффектом вытеснения тока.

Плотность тока по сечению провода на высокой частоте неодинакова. У шоверхности проводника плотность тока максимальна, а !в более глубоких слоях она уменьша-

г- 1

Ю П 12 13 14

15 16 17

IS 19 20

1,26

1,59

h г.5

3,16 5

7.95 10

11,26 15,9 20 25

31,6 -40

-Suez т

L- 100

-1,tZ -1.26

- 1,4\

- 1,59

- 1,7»

24

-г 2 г.. г

-3,16 -3,36 -4

- 4,45

-5 S,6

6,3 7,06

Z35 8,95 10

moMeii

Рис. 9. Зависимость погонного затухания кабелей РК-3 и РК-19 от частоты.

Рис, 8. Номограмма для определения отношения мощностей, напряжений и токов в начале и конце линии (Р/Р, { (7„, l/l)

в режиме бегущей волны по полному затуханию .чинии в децибелах. Р - мощность, поступающая в .гишию; Р--мощность в согласовагпюи нагрузке; U (I) - напряжение (ток) на входе линии; U{I- напряжеггпе (ток) на нагрузке.

ется. Таким образом, ток как бы вытесняется из глубины проводника на его поверхность.

Толщина слоя проводника, в котором сосредоточена основная часть тока, называется глубиной .проникновения тока. В коаксиальной линии ток, текущий по экрану, вытесняется к его внутренней поверхности. Ток, текущий по внутреннему проводнику, вытесняется к внешней поверхности этого проводника. Чем выше частота, тем меньше глубина проникновения и, следовательно, эквивалентная площадь части проводника, по которой протекает ток. Это и приводит при увеличении частоты к увеличению сопротивления проводов и росту потерь в проводах линии.

На рис. 9 показан для примера характер зависимости постоянной затухания р кабелей РК-3 и РК-19 от частоты.

3. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ДЛИННЫХ ЛИНИЙ

При передаче энергии в длинной линии могут существовать падающая и отраженная волны.

Падающей волной называют волну, распространяющуюся вдоль кабеля от источника энергии (генератора, прием-.ной антенны) к нагрузке.

Отраженная волна возникает в кабеле, если последний нагружен на сопротивление, не равное его волновому сопротивлению. В этом случае в нагрузке на конце кабеля поглотится только часть энергии, дошедшей до нее. Остальная часть энергии отразится от нагрузки обратно в кабель. Отраженная волна распространяется от нагрузки к генератору, т. е. в направлении, противоположном направлению распространения падающей волны.

Амплитуда отраженной волны напряжения U (или тока /др) пропорциональна амплитуде падающей волны

где - коэффициент отражения по лапряжению; р-коэффициент отражения по :оку.

Режим бегущей волны. Если кабель нагружен на согласованную нагрузку (на активное сопротивление, равное его волновому сопротивлению), то коэффициенты отраления по напряжению и току равны нулю {Рц = =Pi„=0). Отраженная волна в этом случае отсутствует (в линии имеется только падающая волна), и вся переда-16

ваемая энергия будет поглощаться в согласованной нагрузке. Подобный режим работы линии называется режимом бегущей волны.

В режиме бегущей волны амплитудные значения тока и напряжения вдоль линии, не имеющей потерь, постоянны. Если кабель имеет потери, то амп,™тудные значения тока и напряжения постепенно уменьшаются в направлении от генератора к нагрузке.

Режим стоячей волны. У кабе.ля, замкнутого на конце накоротко, коэЛкЬиииент отражения по наппяже-нию р = - 1. Если кабель разомкнут (холостой ход), то /7 =4-1. И в первом, и во втопом случаях амплитуда отраженной во.пны равна амплитуде падающей волны. Вся энергия падающей волны отражается при этом обратно в кабель. Напряжения падающей и отпаженной волн в каждой из точек линии складываются. Так как фаза напряжения и тока меняется вдоль линии, то в точках, где падающая и отраженная волны напряжения или тока оказываются в фазе, суммарное значение напряжения или тока будет максимальным. В точках же, где падающая и отраженная волны напряжения (тока) оказывжотся в про-тивофазе. суммарная величина напряжения (тока) равна нулю. Точки линии, где напряжение (и.ли ток) максимально, называют пучностями, а те то"ки. где оно минимально,- узлами напряжения (или тока). Узел напряжения (тока) отстоит р. кабеле от пучности напояжения (тока) на четверть длины волны. Расстояние между соседними пучностями, так же как и меисду узлами, равно половине длины волны.

Описанный режим работы кабе.ля называют режимом стоячей волны. Стоячая волна будет существовать в линии также в спучаях. когла ппслелняя натужена на чисто реактивное (емкостное или индуктивное) сопротивление.

Распрелеление амплитудных значений напояжения и тока в режиме стоячей волиы показано на пис. 10,с для случая короткого замыкания на конце кабеля и на рис. 10, б для случая холостого хода. Как видно из рис- 10, в случае короткого замыкания ток на конце кабеля максимален, а напряжение равно пулю; на расстоянии четверти длины волны от конца кабтя ток равен нулю, а напряжение максимально, В случ;11 же холостого хода напряжение на конце кабеля иакси1мяльно, а ток равен нулю; на расстоянии четверти длины волны от конца кабеля ток максимален, а йапряжеиие ряптгп нулю.

Режим работы кабеля при несогласованной нагрузке. Если нагрузка не согласовада с кабелем и сопротивление нагрузки имеет активную составляющую, то амплнтухта отраженной волны будет меньше, чем падающей, так как часть энергии поглотится в нагрузке. Амплитуды напряжения и тока в этом случае меняются вдоль линии, принимая максимальные и мини-

Пучность напря>иеяи>,

Рис. 10. Распределение токов и напряжений в кабеле.

а - кабель конце замкнут какооотко; б-кэбель на конце азомкнут.

--стоячая волка капряження;

---стоячая волна тока.

мальные значения, отстоящие друг от друга, как и в режиме стоячей волны, на четверть длины волны.

В отличие от режима стоячей волны напряжение в узлах в этом случае не равно нулю. Распределение напряжения вдоль линии показано на рис. П.

Степень согласования нагрузки с линией характеризуется коэффициентом бегущей волны (КБВ):

гуче f/j - амплитуда напряжения в узле;

и а к с

-амплитуда напряжения в пучности.

Величина, обратная коэффициенту бегущей волны, называется коэффициентом стоячей волны (КСВ):

Коэффициент бегущей вол,ны связан с коэффициентом отражения следующим соотношениед!:

где /7-- численная величина коэффициента отражения (по напряжению или току).

Рис. и. Распределелне напряжения в линии прн HecoTjiac.oiiaHiiOH нагрузке.

В режиме бегущей волны {Р-О) КБВ=1, а в режиме стоячей волны (р=1) КБВ=0.

Потери энергии в кабеле зависят от режима его работы; они минимальны прн К.БВ==\ и увеличиваются прн уменьшении КБВ.

Зависимость величины потерь в линии от коэффициента бегущей волны при различных значениях полного затухания линии р/ показана на рис. 12.

Если к выходу генератора высокой частоты подключить кабель, то входное сопротивление кабеля, па которое будет нагружен генератор, зависит в общем случае от длины кабеля, его волнового сопротивления и сопротивления нагрузки.

Входное сопротивление согуг-к-ованного с нагрузкой кабеля {КБВ = \) не зависит от длины кабеля и равно его волновохму сопротивлению. Если кабель пе согласоеаи с нагрузкой {КБВ<1), то кходъ-ое сопротйвлеппеего имеет активную и реактивную coci а1„:15пощне, за исключением