10.4. Симметричные линии

ПАРАМЕТРЫ ДВУХПРОВОДНЫХ ЛИНИЙ

Электрическое и магнитное поля волны ТЕМ в двухпроводной симметричной линии (рис. 10.8) имеют такую же структуру, как и стационарное (см. параграф 5.3). Как следует из (5.18), на достаточно большом расстоянии от линии потенциал тогда напряженности поля Поэтому, хотя линия открытая (неэкраниро-ванная), ее поле почти полностью сконцентрировано внутри окружности радиусом Диапазон использования такой линии начинается с нулевых частот. На высоких частотах, когда длина волны становится соизмеримой с расстоянием между пронодамн линия начинает заметно

Рис. 10.8

излучать, так как внешние электромагн итные толя, созданные противоположно направленными таками в тераводах, (полностью не компенсируются. Это ограничивает диапазон использования линий сверху.

Фазовая скорость волны в линии (без учета поправки на потери) (раина ее скорости в окружающем диэлектрике.

Характеристическое сопротивление линии определяется ф-лами :

Последнее выражение приближенное; его (погрешность для превышает

Коэффициент затухания практически целиком определяется потерями в проводниках и вычисляется то ф-ле (10.11). При растете сопротивления единицы длины линии (нужно учесть, что напряженности и электромагнитного (поля не одинаковы в разных точках на границе проводника: они (максимальны в промежутке (между проводниками и (минимальны в диаметрально противоположных точках. Описанное распределение поля волны ТЕМ в пространстве не зависит от частоты. На достаточно высоких частотах эквивалентная поверхностная плотность тока в проводниках также распределена неравномерно по периметру. Вследствие этого сопротивление каждого из проводников линии больше сопротивления уединенного проводника на той же частоте. Это явление, называемое эффектом близости, сказывается тем сильнее, чем меньше отношение

Проведем количественный анализ эффекта близости. Распределение поверхностных зарядов в проводах описывается соотношением (5.22); ф-лы (10.7) и (10.8) позволяют перейти к плотности эквивалентного поверхностного тока

Мощность потарь в одном проводе, приходящаяся на единицу длины,

Сопротивление двухпроводной линии Найдем сперва отношение активного (сопротивления единицы длины двухпроводной линии к удвоенному сопротивлению уединенного провода с равномерным по периметру распределением тока. (Полученный выше интеграл берется в соответствии с [11, ф-лы (2.554.3) и (2.553.3)]:

Объединяя полученные результаты, получаем формулу для расчета составляющей коэффициента затухания:

Формула (10.31) является строгой для случая сильного скин-эффекта и применима отри На более низких частотах из-за взаимодействия внутри проводника волн, пришедших из разных точек его периметра, распределение плотности тока по сечению становится более равномерным, и приближается к Сопротивление одиночного провода во всех случаях вычисляется для соответствующей частоты.

Предельная мощность двухпроводной линии определяется возможностью пробоя у поверхности проводника в точке где напряженность электрического поля максимальна. Согласно ф-лам (5.20) и (5.22), имеем

Следует учесть, что двухпроводные линии находятся на открытом воздухе и подвержены инеишим воздействиям. Пробой может возникнуть по случайным причинам. Тогда факел, образовавшийся вследствие ионизации, продолжает гореть, если напряженность поля выше критической. Критическая напряженность поля достаточна для поддержания уже возникшего газового разряда. Она равна ориентировочно т. е. в три-четыре раза меньше, чем и снижается при повышении температуры и влажности воздуха.

Методика расчета допустимой мощности остается прежней. Положив определяем из ф-лы (10.32) и затем Допустимая мощность рассчитывается по ф-ле (9.33).

ПРИМЕНЕНИЕ ДВУХПРОВОДНЫХ СИММЕТРИЧНЫХ ЛИНИЯ

Двухпроводные линии из неизолированных проводов, подвешиваемых к столбовым опорам, применяются на воздушных линиях связи и проводного вещания. Их характеристическое

сопротивление Ом, частоты передаваемых сигналов обычно не превышают хотя это не является предельной частотой для такой конструкции. Аналогичные линии используются в качестве антенных фидеров на передающих и приемных радиоцентрах до частот в этом случае применяются палочные изоляторы, выдерживающие без пробоя значительные напряжения.

Рис. 10.9

Гибкую линию выполняют из двух изолированных проводников, соединенных мостиком из пластмассы (рис. 10.9а), обычно ее характеристическое сопротивление Ом.

Очень высокая гибкость достигается при скручивании двух проводников с отдельной изоляцией (рис. 10.96). Скручивание уменьшает излучение линии и протяженность внешнего поля, поэтому такая линия может применяться до частот порядка сотен мегагерц. Скрученные линии широко используются также в кабелях связи на частотах до При расчете параметров линий с изоляцией нужно учитывать, что поле распространяющейся волны частично проходит в воздухе и частично в диэлектрике. Поэтому эквивалентное значение меньше, чем

МНОГОПРОВОДНЫЕ ЛИНИИ

Типы волн. В линиях, состоящих из трех и более проводников, возможно существование нескольких типов ТЕМ-волн, соответствующих различным фазам возбуждения каждого из проводов. Это способствует неустойчивости передаваемой волны, так как на нерегулярностях и особенно на поворотах линии каждая волна частично преобразуется в волны других типов. Поле на выходе линии представляет тогда сумму нескольких типов волн и не идентично полю на ее входе. Искажение поля линии нарушает ее согласование, что ограничивает применение многопроводных линий на свч.

Рис. 10.10

Экранированная двухпроводная линия (рис. 10.10) позволяет устранить излучение, свойственное открытой

метричной линии. В ней молут распространяться ТЕМ-волны двух типов.

Синфазная волна соответствует одинаковым фазам проводников 1 и 2 и противоположной ей (фазе экрана который служит обратным проводом. Для этой волны линия аналогична коаксиальному кабелю с (разделенным юнутренним проводником. Антифазная волна соответствует противоположным фазам проводников 1 и 2 (они образуют линию) и нейтральному экрану. По сравнению с открытой двухпроводной линией три тех же емкость экранированной линии с антифазной волной несколько больше, а характеристическое сопротивление соответственно (меньше. Оно (рассчитывается то (Приближенной формуле (при ):

Обычно в экранированной линии используют аптифазную волну. Двухпроводную экранированную линию применяют в тех случаях, когда нагрузка симметрична (например, вход симметричного вибратора — антенны, состоящей из двух одинаковых проводов).

Четырехпроводная линяя (рис. 10.11) представляет собой две параллельные двухпроводные линии 1—2 и 3—4, расположенные одна под другой.

Рис. 10.11

В ней распространяются два типа ТЕМ-волн. Синфазная (волна имеет поле, симметричное относительно вертикальной плоскости, что соответствует одинаковым потенциалам и токам левых и правых проводов (примерно такую же структуру имеет поле двухпроводной линии, (состоящей из двух проводов прямоугольного сечения размерами Напряженности

поля (волны, как и у двухпроводной линии, убывают с расстоянием от линии закону

Поле антифаяной волны обладает центральной симметрией относительно продольной оси линии, Поле этой волны юконцентрировано вокруг линии сильнее, чем волны, так как при удалении от оси линии убывают закону Соответственно меньше излучение такой лилии на высоких частотах и прием волн из окружающего пространства.

Четырехтроводную линию легко превратить в одномодоную, соединив попарно ее провода в ряде точек вдоль линии. Возможны два варианта таких линий: симметричная волной (соединены провода и 4) и перекрещенная с волной (соединены накрест лежащие провода 1 и 4, 2 и 3). В обоих случаях из-за увеличения емкости характеристическое сопротивление линии примерно в два раза меньше, чем у двущроводной с такими же проводами. Для синфазной и антифазной волн оно рассчитывается по приближённым формулам

Сравнение этого выражения с ф-лой (10.30) для двухпроводной линии позволяет установить, что

Коэффициент затухания четьирехпроводной линии определяется, прежде всего, сопротивлением линии на единицу длины. При когда аффект (близости практически не оказывается, оно в два раза меньше, чем у двужпроводной линии, так соединены параллельно по два (провода. Однако и четыремироводной линии примерно в два раза меньше, чем двухпроводной, поэтому величина коэффициента затухания остается почти гарежней. У [симметричной линии она на 20—30% (меньше, чем у перекрещенной. Предельная (мощность четырехпроводной линии примерно в два раза больше, чем двухпроводной.

Симметричные четырехпроводные линии часто используются в качестве антенного фидера мощных передатчиков диапазонов; здесь ценятся ее меньший коэффициент затухания и (удобство соединения с передатчиком и (антенной. Перекрещенные фидеры получили наибольшее (распространение «а приемных радиоцентрах, где наиболее важна их лучшая помехозащищенность, обусловленная сильной концентрацией поля вокруг линии.