линий передачи, которые более удобны в различных конкретных случаях применения.

Полосковые (ленточные) линии передачи (ПЛП). По существу ПЛП являются видоизмененными двухпроводными и коаксиальными линиями (см. рис. 7-66, е) и могут быть как симметричными, так и несимметричными.

Симметричные ПЛП представляют собой металлическую ленту (полоску), находящуюся между двумя более щироки-ми полосками и изолированную от них либо сплощным диэлектриком, либо диэлектричс: скими стойками. Последние обладают, естественно, меньшими потерями. К симметричной ПЛП можно отнести и двухпроводную ленточную линию, описанную выше, если между лентами поместить диэлектрик.

Несимметричная ПЛП представляет собой металлическую полоску, расположенную над относительно большой металлической плоскостью и изолированную от нее диэлектриком. Обычно ПЛП конструируют так, чтобы в них могла распространяться только волна типа ТЕМ, для этого расстояние между полосками должно быть меньше половины длины волны в диэлектрике, применяемом для изоляции. Если при этом ширина полоски значительно больше толщины диэлектрика, то почти вся энергия сосредоточена вблизи линии. Излучение в полосковых линиях незначительно и мощность излучения составляет незначительную часть от передаваемой по линии. Затухание в ПЛП больше, чем в волноводах, но при правильно сконструированной ПЛП оно меньше, чем в коаксиальной линии с тем же диэлектриком.

-Малые габариты ПЛП, широкополосность и экономичность позволяют использовать их в сантиметровом и даже миллиметровом диапазонах волн, причем удается создать весьма простые элементы ПЛП, такие как изгибы, ответвления, направленные ответвители, кольцевые мосты и т. п. Вопросы связанные с конструированием ПЛП, достаточно полно освещены в [Л. 31, 41 и 42], где можно найти данные о конструкции многих элементов ПЛП.

Линии передачи поверхностных волн. К линиям передачи поверхностных волн относятся диэлектрический волновод, который часто выделяют в самостоятельную линию передачи, провод с диэлектрическим покрытием, провода с ребристыми структурами (см. рис. 7-66, е, г, д). Основной особенностью поверхностных волн, распространяющихся вдоль какой-либо линии поверхностных волн, является быстрое (по экспоненциальному закону) спадание амплитуды поля при удалении от линии. Однако поверхностная волна занимает некоторый объем вокруг линии и предметы, находящиеся вблизи нее, искажают картину поля, что приводит к возникновению отражений в.,линии и потерям. Уменьшение объема, занимаемого основной частью поверхностной волны (путем .уменьшения диаметра линии), ведет к увеличению затухания в са-

мой линии. Поэтому конструируя такую линию, надо учитывать и внешние воздействия и свойства самой линии.

К недостаткам линий с поверхностной волной следует отнести трудности, связанные с выполнением изгибов линии, так как при этом возникают потери на излучение и влияние на параметры линии метеорологических условий. Тем не менее простые в конструктивном отношении линии поверхностных волн могут найти практическое применение.

Для иллюстрации параметров линии поверхностной волны можно привести следующие данные: провод диаметром 1 мм, покрытый слоем диэлектрика (е=3) толщиной 5-10- мм, имеет затухание 0,025 Эб/ж при длине волны 10 см, причем 90% мощности находилось в зоне с радиусом 10 см.

Необходимые для расчетов линий поверхностной волны соотношения можно найти, например, в [Л. 30, 31, 32].

Радиочастотные кабели. Помимо коаксиальных кабелей, получивших очень щирокре распространение, находят применение и другие типы радиочастотных кабелей - экранированные двухпроводные кабелн, ленточные кабели, двухкоаксиальные кабели. Все эти кабели относятся к симметричным кабелям.

Экранированные двухпроводные кабели представляют собой двухпроводную линию, помещенную в экран, относительно которого провода линии фиксируются с помощью гибкого диэлектрика или диэлектрических шайб.

Ленточные кабели представляют собой двухпроводную линию, заключенную в гибком диэлектрике. Обычно - это два провода, заключенные в диэлектрик, расстояние между которыми поддерживается постоянным с помощью мостика из того же диэлектрика.

Двухкоаксиальный кабель представляет собой два одинаковых коаксиальных кабеля, заключенных в одну оболочку. Сопротивление и индуктивность такой симметричной линии в 2 раза больше, а емкость и проводимость изоляции в 2 раза меньше, чем у коаксиальных кабелей, образующих линию.

Волновое сопротивление двухкоаксиаль-ного кабеля будет в 2 раза больше, чем образующего его кабеля.

Отечественная промышленность выпускает симметричные кабели с волновыми сопротивлениями, равными 75, 100, 150, 200 и 300 ом. .Маркировка симметричных кабелей такая же, как и коаксиальных, но начальные буквы маркировки не РК, а РД (радиочастотный, двужильный).

-Метод расчета симметричных радиочастотных кабелей и параметры кабелей, выпускаемых промышленностью, можно найти в[Л. 31].

Спиральные радиочастотные кабели представляют собой коаксиальный кабель со спиральным внутренним проводником, вто значительно увеличивает индуктивность

кабеля, а следовательно, и его волновое сопротивление. Это позволяет получать кабели с волновым сопротивлением в несколько сотен и тысяч омов. Так как время распространения волны в таком кабеле увеличивается, то их удобно применять в качестве линий задержки. Спиральные кабели удобно применять для широкополосного согласования волновых сопротивлений, так как прн плавном изменении шага спирали изменяется и волновое сопротивление. Сведения, необходимые для расчета спираль-йых кабелей, можно найти в [Л. 31].

Волноводы П- и Н-образного сечения. Кроме волноводов с прямоугольной и круглой формой поперечного сечения, применяются волноводы например, с П- и Н-образ-ной формой поперечного сечения. Интерес к ним проявляется прежде всего потому, что прн равных с прямоугольным волноводом габаритах П и Н-образные волноводы имеют более длинную критическую волну, более низкое волновое сопротивление и могут работать в более широкой полосе частот без появления волн высшего типа. Однако П- и Н-волноводы имеют большее затухание и более низкую допустимую мощность, чем прямоугольные волноводы. Последний недостаток можно в значительной мере устранить, закругляя углы волновода. П- и Н-волноводы целесообразно применять при работе в очень широкой полосе частот и. в качестве различного рода согласующих элементов.

Методы расчета параметров П- и Н-вол-новодов можно найти в ряде книг [Л. 30, 31].

Согласование сопротивлений в линиях передач

В регулярной линии передачи, имеющей бесконечную длину или нагруженной на конце на активное сопротивление, равное волновому сопротивлению линии, устанавливается режим бегущей волны. В реальном фидерном тракте имеется много неоднородностей, которые вызывают отраженные волны. Отраженную волну вызывает и включенная на конце линии нагрузка, сопротивление которой не равно волновому сопротивлению линии.

Наличие отраженной волны ведет к увеличению потерь при передаче мощности и уменьшению величины максимальной мощности, которую можно передавать по линии без опасности пробоя. По этим причинам всегда, стремятся в линии передачи создать режим бегущей волны.

Определение величины отраженной волны и ее устранение (компенсация) связано с большими математическими операциями. Для получения простых, но приемлемых на практике приближенных решений конкретную линию передачи заменяют эквивалентной двухпроводной линией, а неоднородности - сосредоточенными элементами, включенными в линию в соответствующем месте. Если учитывать в линии передачи существование только одного типа волны.

то ее можно представить в виде эквивалентной длинной линии с волновым сопротивлением, равным волновому сопротивлению линии. Иначе говоря, для каждого типа волны в линии передачи должна быть своя эквивалентная линия, длина волны в которой равна длине волны в лннин.

Неоднородность в линии передачи, в том числе и нагрузку, характеризуют с помощью комплексного коэффициента отражения р, под которым понимают отношение напряжения (напряженности поля) отраженной волны к напряжению (напряженности поля) падающей волны у неоднородности (нагрузки). Коэффициент отражения р можно рассматривать н в любом сечении линии, отстоящем от неоднородности нагрузки (см. § 5-11). Коэффициент отражения связан с сопротивлением нагрузки соотношением

1+Р 1-р

(7-143)

О величине отраженной волны в линии передачи судят по величине КБВ, который равен отношению минимального напряжения (напряженности поля) в линии к максимальному н обычно определяется экспериментальным путем. Коэффициент бегущей волны связан с модулем коэффициента отражения соотношением

Полезно помнить, что сопротивление линии в сечении, где напряжение минимально, равно величине КБВ, умноженного на волновое сопротивление линии. В сечении, где напряжение максимально, сопротивление равно величине, обратной КБВ, называемой коэффициентом стоячей волны (КСВ), умноженной на волновое сопротивление линии. Указанное обстоятельство дает возможность определять экспериментальным путем величину нагрузки линии по измеренным КБВ и положению минимума напряжения в линии. Для этого достаточно пересчитать (см. разд. 5) известное сопротивление в минимуме (максимуме) напряжения к корцу линии.

Устранение в линии передачи отраженной волны, вызванной отличием сопротивления нагрузки на конце от волнового сопротивления линии или какой-либо неоднородностью в линии (изгиб, ответвление и т. п.), называется согласованием линии. Согласование линии на фиксированной частоте решается довольно просто. Для согласования нагрузки с линией применяют устройства, трансформирующие сопротивление нагрузки в активное сопротивление, равное волновому сопротивлению линии. В качестве таких устройств используют реактивные элементы, не вызывающие дополнительных потерь. Согласование неоднородностей обычно производят путем создания в линии второй неоднородности, которая вызывает отраженную волну, амплитуда

которой равна амплитуде волны, отраженной первой неоднородностью, а фаза противоположна.

Четвертьволновый трансформатор позволяет согласовать с линией активную нагрузку Rn, если волновое сопротивление линии, образующей трансформатор 2тр, равно:

Z=VrJ.. (7-145)

Длина линии трансформатора равна четверти длины волны в этой линии. Это следует учитывать, например, при конструировании волноводных четвертьволновых тран-

Р с. 7-79. Согласование с помощью реактивных шлейфов.

а - одиошлейфовый трансформатор; б - двух-шлейфовый трансформатор; в - трехшлейфовый трансформатор.

сформаторов, так как в этом случае изменение размеров волновода для получения нужного Ztp может изменить длину волны.

Четвертьволновый трансформатор возможно применить и для согласования комплексной нагрузки. В этом случае трансформатор включают в ближайшую к нагрузке точку линии с максимумом или минимумом напряжения, т. е. в то сечение линии, где сопротивление чисто активное.

Недостатком четвертьволнового трансформатора является необходимость разрыва линии. С этой точки зрения более удобны схемы согласования с помощью реактивных шлейфов.

Согласование с помощью реактивного шлейфа (рис. 7-79, а). Идея согласования нагрузки с помощью реактивного шлейфа заключается в подключении к точкам аа линии, где пересчитанная к этим точкам активная проводимость равна величине, обратной волновому сопротивлению линии (1/2оф). К этим точкам подключают короткозамкнутый отрезок линии (шлейф), входная проводимость которого носит чисто реактивный характер, причем эта проводимость должна быть равна по величине и обратна по знаку реактивной составляющей проводимости нагрузки, пересчитанной в

точке аа. Таким образом, реактивная составляющая в сеченин аа компенсируется и сопротивление в этом сечении становится активным и равным волновому сопротивлению линии.

Расстояние от первого максимума напряжения в линии до точек подключения шлейфа Хо можно определить по формуле

Хо

= 1/КБВ. (7-146)

а длину шлейфа уо - из соотношения

Уй

грф ККВВ гшл (1-КБВ)

(7-147)

Двухиглейфное согласование (рж. 7-79,6). Согласование с помощью одного шлейфа неудобно тем, что в экранированных линиях трудно уточнять место включения шлейфа. В этом случае применяют согласование с помощью двух шлейфов, подключенных к линии на некотором расстоянии. На практике часто расстояние между шлейфами берут равным Я/8 или 3/8Я. Изменяя длину первого от нагрузки шлейфа, добиваются того, чтобы в точках подключения второго шлейфа бб активная проводимость равнялась величине, обратной волновому сопротивлению линии, т. е. 1/2оф. Реактивность в точках бб компенсируется с помощью второго шлейфа. Расчет двухшлей-фового согласования удобно производить с помощью круговой диаграммы полных сопротивлений (см. § 5-12).

Однако с помощью закрепленных шлейфов можно согласовать ие всякую нагрузку. -Может оказаться, что для согласования необходимо переместить оба шлейфа вдоль линии на некоторое расстояние. Этот недостаток устраняется применением трех шлеи-

Трехшлейфное согласование. Включение в линию трех шлейфов (рис. 7-79, е) позволяет согласовать линию с любой нагрузкой. Согласование осуществляется либо с помощью первых двух шлейфов при отключенном третьем (для этого его длину устанавливают равной четверти длины волны), либо с помощью второго и третьего шлейфов при отключенном первом. Таким образом, фактически согласование осуществляется с помощью двух шлейфов, а третий лишь устраняет необходимость перемещения двух шлейфов вдоль линии.

Индуктивный стержень в волноводе широко используется на практике для комн-сации отражений от различного рода неоднородностей. Стержень (штырь) располагается в волноводе параллельно узкой стенке и соединяет верхнюю и нижнюю широкие стенки волновода. Нормированное к волновому сопротивлению волновода реактивное сопротивление стержня можно определить по формуле

-csc

f nd \Г la . nd\

(-1 In - sm - -

\ a !l \nr a I