Коаксиальные линии передачи. Стандартизация коаксиальных кабелей

Волновое сопротивление ЛП

В ЛП с Т-волнами волновое сопротивление W_л определяется только конструкцией, размерами и электрическими параметрами мате­риала, из которого изго­тов­лен фидер. В волноводах волновое сопротивление зависит также от типа волны, ма­те­риала, заполняющего волновод, и от длины волны электромагнитных колеба­ний:

.

Коаксиальные ЛП (коаксиальные фидеры) нашли применение в высокочастотных трактах диспетчерских радиолокаторов ДРЛ-6М2, ДРЛ-10МН и других средствах связи и радиотехнического обеспечения (РТО) полетов авиации, работающих в диапазоне метровых и дециметровых волн. Они представляют собой два соосных коаксиальных провод­ника заданных размеров, цент­ри­рованные шайбами или сплошным диэлектрическим запол­нением (рис.1).

Рис.1.1

Одножиль­ный или многожильный внутренний проводник окружен слоем диэлектрика (поли­­этилен, фторопласт и т.п.), поверх которо­го располагается внешний проводник в виде металлической оплетки. Для предохранения коаксиального кабеля от внеш­них воздействий снаружи располагается защитная диэлектрическая оболочка.

Для коаксиальной ЛП волновое сопротивление определяется выражением

, [Ом],

где μ и ε – относительные маг­нитная и диэлектрическая проницаемости ди­электрика, заполняющего коаксиальную ЛП.

Коэффициент затухания в коаксиальной ЛП, в общем случае, обус­ловлен по­те­рями в проводниках и диэлектрике, причем коэффициент затухания в диэлект­ри­ке не зависит от формы и поперечных размеров, а определяется только парамет­­рами диэлектрика и рабочей длиной волны. Коэффициент затухания в провод­ни­ке зависит как от электрических свойств проводника и длины волны, так и от со­отно­шения D/d, т.е. от геометрических размеров. Анализ показывает, что при D/d = 3,6 достигается минимум коэффициента затухания коаксиальной ЛП, что со­ответствует волновому сопротивлению W_л = 77 Ом в линии с воздушным запол­нением. В то же время для передачи по коаксиальному фидеру большой мощнос­ти необходимо соблюдение условия D/d = 1,65, что соответствует волновому сопро­тивлению W_л = 50 Ом в линии с воздушным заполнением. Таким образом, для пе­­редачи по коаксиальной ЛП электромагнитных колебаний большой мощности необходимо соб­людение условия D/d = 2...3, если же за критерий выбора коаксиальной ЛП принять минимум потерь, то D/d = 3...6.

Поэтому в настоящее время промышленность выпускает коаксиальные фидеры со стандартными значениями волновых сопротивлений:

W_л = 50 Ом, для применения в трактах передачи большой мощности;

W_л = 75 Ом, если основным параметром фидера является минимум потерь;

W_л = 100 или 150 Ом, если фидер используется для согласования ЛП с высокоомными нагрузками.

Коаксиальные фидеры изготавливаются стандартных размеров и маркируются буквенно-цифровым кодом. Например, РК – 75 – 4 – 12:

РК – радиочастотный кабель; 75 – волновое сопротивление в омах; 4 – средний диаметр диэлектрического заполнителя в мм; 12: 1 – материал диэлектрика (1– полиэтилен, 2 – тефлон), 2 – порядковый номер разработки конкретной типоконструкции фидера.

4. Прямоугольные волноводы. Стандартизация волноводов

Волновод представляет собой полую металлическую трубу любой формы се­че­ния (прямоугольной, круглой, Н- или П-образной). Во­лноводы используют­­­ся в диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн. Их применение обусловлено такими достоинствами, как малые потери, отсутствие излучения в окружающее пространство, возможность передачи большой мощности. Однако им присущи и недостатки, к которым можно отнести наличие критической длины волны, наличие дисперсии, большие габариты (сравнительно с другими ЛП) и вес.

Прямоугольные волноводы находят наибольшее распространение из-за срав­­­­нительно простой конструкции и возможности возбуждения устойчивой вол­ны. Наиболее распространено в технике СВЧ применение в прямоугольных волноводах волн типов Н₁₀, Н₀₁, Н₂₀. Структура полей волн этих типов в поперечном сечении волновода представлена на рис.2.

Рис.2

Критическая длина волны в прямоугольном волноводе определяется выражением

,

где m – число полуволн, укладывающихся вдоль широкой стенки волновода а,

n – число полуволн, укладывающихся вдоль узкой стенки волновода b.

Известно, что для возбуждения в волноводе волны определенного типа необходимо, чтобы длина волны генератора λ была меньше λ_кр.

Следовательно, для существования в прямоугольном волноводе только вол­ны основного типа Н₁₀, размеры волновода должны удовлетворять условиям:

а / λ = 0,71; b / λ = 0,32.

Волноводы c волной Н₁₀ стандартизированы по диапазону рабочих частот, при­чем соседние в ряду волноводы охватывают перекрывающиеся участки диапа­зона. В таблице 1.1 представлены некоторые параметры стандартных волноводов, выпускаемых промышленностью [1].

Таблица 1

Параметры прямоугольных волноводов

Тип волновода	Полоса пропускания, f (ГГц)	Полоса пропускания, λ (см)	Размеры (a x b) (мм)
МЭК-32 МЭК-84 МЭК-100 МЭК-140 МЭК-320	2,6…3,95 6,6…10 8,2…12,5 12,0…18,0 26,4…40	7,6…11,6 3,0…4,6 2,5…3,7 1,6…2,5 0,75…1,14	72 х 34 28,5 х 12,6 23 х 10 16 х 8 7 х 35

МЭК – международная электротехническая комиссия.

Более подробная стандартизация волноводов приводится в приложении А.

Волновое сопротивление для волны Н₁₀ определяется выражением

, [Ом].

Затухание в волноводе определяется главным образом неиде­альностью проводников стенок волновода [2]

,

где – поверхностное сопротивление металла стенок волновода.

Предельно допустимая для передачи мощность в прямоуголь­ном волно­во­де определяется выражением

где Е_кр = 30 кВ/см, КСВ – коэффициент стоячей волны в волноводе.

Прямоугольные волноводы применяются в антенно-волноводных трактах посадочных радиолокаторов ПРЛ-6М2, ПРЛ-10МН, а также в радиолокационных станциях обнаружения, наведения и целеуказания, трассовых радиолокаторах и других радиолокационных и навигационных средствах, работающих на сантиметровых и миллиметровых волнах.

Дата добавления: 2014-01-15