Линии передачи СВЧ энергии. Свойства длинных линий

Применяются два основных типа линий: линия из двух одинаковых параллельных проводов, которую для краткости называют симметричной, и коаксиальная линия.

Рис. 3.26. Магнитное и электрическое поля.

Достоинствами симметричной линии являются простота устройства и симметричность, которая в некоторых случаях необходима, например, если линия связана с симметричной антенной. Недостатком симметричной линии является антенный эффект, т.е. способность излучать и принимать волны.

Рис. 3.27. Распределение полей вдоль линии.

Хотя токи в проводах симметричной линии имеют противоположное направление, все же некоторое излучение волн есть, так как провода находятся на расстоянии друг от друга и компенсация их полей получается неполной. Чем больше расстояние между проводами, тем сильнее излучение и тем лучше линия принимает волны.

Симметричная линия должна иметь хорошую изоляцию проводов друг от друга и каждого провода от земли. Для сохранения симметричности линии важно, чтобы ее провода были одинаково расположены относительно земли и различных местных предметов.

Волновое сопротивление симметричной линии Z₀ зависит от отношения расстояния между центрами проводов b к диаметру провода d. Например, для b/d = 4 получается Z₀ = 250 Ом, а для b/d = 75 величина Z₀ возрастает до 600 Ом.

Рис. 3.28. Симметричная линия.

Широкое применение нашла коаксиальная линия. Она состоит из внутреннего провода, вокруг которого располагается внешний провод в виде трубки (рис. 3.29). В гибких кабелях этим проводом является оплетка из медных проводов, обычно покрытая оболочкой из пластмассы. Между внутренним и внешним проводами находятся изоляторы в виде шайб из высокочастотной керамики или пластмассы. Иногда всё внутреннее пространство заполняется гибкой пластмассой.

Рис. 3.29. Коаксиальная линия.

Коаксиальная линия является несимметричной. По своему устройству она сложнее и дороже, чем симметричная линия, но зато имеет ряд преимуществ. Потери энергии на излучение в такой линии практически отсутствуют, так как электромагнитное поле находится только внутри линии. На рисунке показаны для коаксиальной линии электрические силовые линии, идущие радиально, и магнитные силовые линии в виде концентрических окружностей. Внешний провод является экраном, и поэтому коаксиальная линия не излучает и не принимает волны, т.е. не обладает антенным эффектом. Весьма удобно также то, что ток высокой частоты во внешнем проводе проходит только по его внутренней поверхности. Внешняя поверхность не несет на себе тока и имеет нулевой потенциал. Её не требуется изолировать от земли, что облегчает прокладку линии.