13.6. Линии передачи вч и свч сигналов. Классификация линий передачи свч

Линией передачи называется устройство, ограничивающее область распространения электромагнитных колебаний и направляющее поток электромагнитной анергии. Направление распространения определяется взаимным расположением источника электромагнитных колебаний и нагрузки линии передачи. Источником электромагнитных колебаний может служить генератор (передатчик), подключенный к линии, или приемная антенна. Нагрузка линии – излучающая (передающая) антенна, входные цепи приемника и т.п. устройства в зависимости от назначения линии.

Различают регулярные и нерегулярные линией передачи. У регулярной линии передачи поперечное сечение и электромагнитные свойства заполняющих сред в продольном направлении неизменны. Если одно из условий регулярности не выполняется, то такая линия именуется нерегулярной.

Линия передачи, заполненная однородной средой, так и называется однородной. В ином случае имеется неоднородная линия.

Линии передачи классифицируются по диапазону рабочих частот.

Кроме того, линии передачи классифицируются по типам используемых волн: линии передачи с поперечной электромагнитной водной (Т-волной); линии передачи с магнитной волной (Н-волной); линии передачи с электрической волной (Е-волной); линии передачи с гибридной волной.

Направив ось zпрямоугольной системы координат вдоль линии передачи, каждый тип волны можно определить условиями, представленными в табл. 1.1 и накладываемыми на продольныеЕ_zиH_zсоставляющие векторов электрического и магнитного, полей соответственно.

Таблица 13.2

Типы волн	Условия на продольные составляющие полей
Т-волны	Е=0	Hz=0
Н-волны	Ez=0	Hz0
Е-волны.	Ez0	Hz=0
Гибридные волны	Ez0	Hz0

Как видно из табл. 13.2, в Т-волне векторы напряженности электрического и магнитного полей лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения; вН-волне вектор напряженности магнитного поля имеет продольную и поперечную составляющие, а вектор напряженности электрического поля имеет только поперечную составляющую; вЕ-волне вектор напряженности электрического поля имеет продольную и поперечную составляющие, а вектор напряженности магнитного поля лежит в плоскости поперечного сечения линии передачи; в гибридной волне векторы напряженности электрического и магнитного полей имеют как продольные, так и поперечине составляющие.

Классификация линий передачи по видам представлена нaрис. 13.18.

Линии передачи
	Открытые
		Проволочные
		Полосковые
		Диэлектрические
		Волоконно-оптические
		Квазиоптические
	Волноводы
		Коаксиальные
		Прямоугольные
		Круглые
		Сложной формы

Рис. 13.18. Виды линий передачи

Линия передачи, конструкция которой не допускает упругого или эластичного изгиба, называется жесткой. В противном случае – гибкой.

Волноводом называется линия передачи, имеющая, одну или несколько проводящих поверхностей, с поперечным сечением в виде замкнутого проводящего контура, охватывающего область распространения электромагнитной энергии. Если такой проводящий контур отсутствует, то линия передачи называется открытой.

К проволочным линиям, передачи относятся воздушные двухпроводные и четырех проводные линии передачи. На рис. 13.19 представлены поперечные сечения таких линий передачи.

Рис. 13.19. Поперечное сечения проволочных линий: а– двухпроводной;б- четырехпроводной

Проводники линии могут быть покрыты диэлектриком. Основным типом волны в них является Т–волна. В четырехпроводных линиях возбуждаются попарно соединенные проводники, например вертикальные, горизонтальные или диагональные. Такие линии передачи используются в диапазонах гектометровых, декаметровых и метровых волн. К полосковым линиям передачи относятся симметричные и несимметричные линии. Поперечные сечения линий и структура полей в них представлены на рис.13.20. Они применяются в диапазонах дециметровых, сантиметровых и длинноволновой части миллиметровых волн. Основной волной несимметричной и симметричной полосковых линий являетсяТ-волна. В щелевой и копланарной линиях основной являетсяН-волна.

Рис. 13.20. Поперечные сечения полосковых линий передачи:

а- несимметричной;б - симметричной;в - щелевой;г -копланарной

Используются также микрополосковые линии передачи. К ним относятся полосковые линии, у которых диэлектрическая пластина (подложка) имеет большую относительную диэлектрическую проницаемость _r(более 10) и малые потери. Вследствие этого геометрические размеры устройств, выполненных на основе таких линий, уменьшаются враз.

В качестве диэлектрической подложки микрополосковых линий служат поликор, ситалл, кремиий, сапфир и другие материалы с высоким _r. Но для уменьшения потерь в полосковых линиях используются воздух. Такие линии называются воздушными, или высокодобротными линиями.

Диэлектрические лиши передачи классифицируются в зависимости от формы поперечного сечения. Некоторые из них представлены на рис. 13.21. Такие линии используются в диапазоне миллиметровых волн. Основным типом волны является гибридная НЕ-волна.

Рис.13.21. Поперечные сечения диэлектрических линий передачи:

а– круглое;б– прямоугольное;в– трубчатое

При удалении от диэлектрика амплитуда волны, распространяющейся по линии, быстро убывает. Наличие металлического экрана в зеркальных диэлектрических линиях (рис. 13.21, г,д) позволяет сохранять поляризационную структуру поля распространяющейся волны.

Волоконно-оптические линии передачи используются в субмиллиметровом и оптическом диапазонах. Это диэлектрические линии круглого поперечного селения, выполненную из кварца. По волоконно-оптическим линиям (световодам) могут одновременно распространяться несколько типов волн. Линия передачи, в которой на данной частоте могут распространяться одновременно несколько типов волн (мод) называют многомодовой. Диаметр круглого волокна составляет несколько длин волн электромагнитных колебаний. Распространение волн в волоконно-оптических линиях передачи основано на эффекте полного внутреннего отражения от границы диэлектрик-воздух. Для уменьшения тепловых потерь в таких ливнях используются оптически прозрачные волокна с изменяющимся в поперечном сечении коэффициентом преломления. Это приводит к уменьшение геометрического пути, который проходит луч на единицу длины линии передачи.

Коаксиальные волноводы – это жесткие или гибкие кабели, основной волной в которых является Т-волна. Они используются в диапазонах от гектометровых до сантиметровых волн включительно. Поперечные сечения наиболее распространенных коаксиальных волноводов изображены на рис. 13.22.

Рис.13.22. Поперечные сечения коаксиальных волноводов

а– круглого;б– прямоугольного

Волноводы прямоугольного, круглого и более сложного поперечных сечений представляют собой металлические трубы рис 13.23. Возможны и более сложные формы поперечного сечения волноводов. Основной волной в таких линиях передачи является низшая Н-волна. Металлические волноводы используются в диапазонах от коротковолновой части дециметровых до миллиметровых волн.

Рис. 13.23. Поперечные сечения металлических волноводов:

а– прямоугольного;б– круглого;

На рис. 13.24 показаны области частотного диапазона, в которых используются линии передачи разных типов.

Рис. 13.24. Применение линий передачи в различных диапазонах длин волн

Линии передачи могут классифицироваться также по порядку связности их поперечного сечения. Порядок связности – это геометрическая характеристика поперечного сечения линии. Он определяется числом проводящих поверхностей. В зависимости от количества проводящих поверхностей линии передачи разделяют на односвязные, двухсвязные, трехсвязные, многосвязные и нулевой с связностью при отсутствии проводящих поверхностей. Так, например, металлические волноводы являются одно-связными линиями передачи, коаксиальны – двухсвязными, а диэлектрические линии передачи имеют нулевую связность поперечного сечения.