1.2. Характеристики линий передачи радиволн кратко

Сразу хочу сказать, что здесь никакой воды про характеристики линий передачи, и только нужная информация. Для того чтобы лучше понимать что такое характеристики линий передачи , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Устройства СВЧ и антенны.

Только в редких случаях возможно непосредственное подключение антенны к приемнику или передатчику, так как обычно стремятся подвесить антенну как можно выше и дальше от окружающих предметов. Следовательно, между антенной и входом приемника или выходом передатчика необходимо включить линию передачи, которая должна служить для передачи высокочастотной энергии с минимальными потерями и без паразитного излучения

На практике наибольшее распространение получили отрезки регулярных линий передачи той или иной длины.

Если длина регулярной линии передачи существенно превышает длину волны в линии , то такая линия называется длинной.

Из электродинамики известно, что линия передачи может быть охарактеризована ее погонными параметрами:

— волновое сопротивление;

— погонное сопротивление,Ом/м;

G1 —погонная проводимость, 1 /Ом*м;

L1 —погонная индуктивность, Гн/м;

C1— погонная емкость, Ф/м.

Погонные сопротивление и проводимость G1 зависят от проводимостиматериала проводов и качества диэлектрика, окружающего эти провода, соответственно. Чем меньше тепловые потери в металле проводов и в диэлектрике, тем меньше, соответственно, и G1.Погонные индуктивность L1 и емкость C1 определяются формой и размерами поперечного сечения проводов, а также расстоянием между ними.

Коэффициент распространения волны в линии в общем случае является величиной комплекснойи может быть представлен следующим выражением

, где

— коэффициент затухания волны в линии;

k —коэффициент фазы.

Требования к линиям передачи:

— минимальные потери энергии при распространении;

— линия передачи недолжна излучать;

— линия передачи должна быть согласованана входе и в нагрузке.

Волновое сопротивление двухпроводнойлинии передачи определяетсяпо формуле

где — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика;

r — радиус проводников;

d — расстояние между проводниками.

Волновое сопротивление коаксиальной линии передачи определяется по формуле

где r1 — радиус внешнего проводника (оплетки); r2 — радиус внутреннего проводника (центральной жилы)

ВОЛНОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ

Важнейшим электрическим параметром линии является ее волновое сопротивление Z. Линию можно представить в виде соединения индуктивностей и емкостей, соответствующих распределенным по длине линии индуктивности и емкости (рис. 1-23).

Волновое сопротивление линии передачи - отношение напряжения V к току I в электромагнитной волне, бегущей вдоль линии передачи, ZВ=V/I; в линейных системах волновое сопротивление определяется только их параметрами и поперечной структурой полей, в нелинейных системах волновое сопротивление является еще и функцией V и (или) I.

Волновое сопротивление в основном зависит от поперечных размеров линии и вида применяемого диэлектрика между проводниками линии. Обычно встречаются волновые сопротивления от 30 до 600 ом.

Если не учитывать потерь в линии, что всегда может быть оправдано на практике, то волновое сопротивление Z определяется по формуле

где Z — действительное число и, следовательно, волновое сопротивление не зависит от частоты и длины линии.

Большая индуктивность и меньшая емкость приводят к более высокому волновому сопротивлению. Практически это означает, что линия из тонких проводников (большое L) при значительном расстоянии между проводниками (небольшая С) имеет большее волновое сопротивление, чем линия из проводников большего диаметра с меньшим расстоянием между ними.

Высокочастотные линии, имеющие волновое сопротивление от 30 до 300 ом, изготовляются промышленностью в виде ленточных и коаксиальных кабелей. К кабелям обычно прилагается паспорт, в котором указываются его параметры. Для кабелей с неуказанными параметрами волновое сопротивление может быть рассчитано по следующим приближенным формулам.

1. Коаксиальный кабель:

где ln — натуральный логарифм;

lg — логарифм по основанию 10;

е — диэлектрическая постоянная применяемого изоляционного материала;

2. Ленточный кабель:

При воздушной изоляции диэлектрическая постоянная воздуха ε равна 1.

В таблице 1-2 приведены диэлектрические постоянные различных изоляционных материалов.

Таблица 1-2. Диэлектрические постоянные различных изоляционных материалов

Изоляционный материал	Диэлектрическая постоянная ε
Воздух	1
Полистирол	2,4
Стирофлекс	2,5
Полиизобутилен	2,2 до 2,6
Миполам	3,4
Плексиглас	3,5
Аменит	3,5
Стеатит	около 5,0
Порцеллан	5,0
Калит	6,5

Неизвестное волновое сопротивление может быть измерено и с помощью измерительного моста LC. Для этого измеряют емкость между центральной жилой и оплеткой (внешним проводником) кабеля. Затем противоположный конец кабеля замыкается и измеряется индуктивность между центральной жилой и оплеткой. Измеренные индуктивности [гн] и емкости [ф] подставляются в формулу

Измерение волнового сопротивления ленточного кабеля производится подобным же образом, но он не должен лежать на земле, а должен быть свободно подвешен.

Вычисление волнового сопротивления Z упрощается при использовании графиков рис. 1-24 — 1-27. В приведенных графиках волновое сопротивление рассчитывается для воздушной изоляции. Для перехода к волновому сопротивлению линии с изоляционным материалом с диэлектрической постоянной, отличной от диэлектрической постоянной воздуха, необходимо значение Z, полученное из этих графиков, умножить на

Для двухпроводной электрической линии волновое сопротивление равно

где -угловая частота, L и -погонные (на единицу длины) индуктивность и сопротивление проводников,

С - погонная емкость между ними, σ -погонная проводимость среды (см. Телеграфные уравнения ).При отсутствии потерь волновое сопротивление - действит. величина, равная . На рис. приведены схематич. изображения нек-рых видов линий передачи: а-коаксиальной, б-двухпроводной, в-полосковой. Выражения для B. с. этих линий таковы:

здесь - относительные магн. и электрич. проницаемости сред.

Поток энергии, переносимой бегущей волной в линии без потерь, выражается через B. с. так же, как мощность, выделяемая в сопротивлении цепи с сосредоточенными параметрами: . T. о., волновое сопротивление играет роль внутр. сопротивления линии передачи. Если линию передачи подсоединить к импедансу ZH (про такую линию говорят, что она нагружена на импеданс ZH), то коэф. отражения по мощности равен

где Г - отношение амплитуд отраженной и падающей волн. Полное согласование (Г=0) достигается при ZH = RB, что в системах с сосредоточенными параметрами эквивалентно равенству внутр. сопротивления источника RВ импедансу нагрузки ZH. Понятие волнового сопротивления переносят и на произвольное распределение волновых полей любой природы, в том числе и на отношение их амплитуд в бегущих волнах сложной структуры. Например, в электродинамике это отношение напряженностей электрич. и магн. полей, в акустике - отношение давления к скорости частиц среды и т. д. При этом равноправно используют также термин поверхностный (полевой) импеданс.

Если мы будем использовать коаксиальный кабель для передачи постоянного тока, кабель будет считаться коротким, и его волновое сопротивление не будет влиять на работу схемы. Обратите внимание, что короткой линией будет называться любая линия, где изменение сигнала происходит медленнее, чем сигнал распространяется по линии. Почти любая физическая длина кабеля может являться короткой с точки зрения волнового сопротивления и отраженных волн. Используя же кабель для передачи высокочастотного сигнала, можно по разному оценивать длину линии.

Если источник подключен к нагрузке через длинные линии передачи, собственное волновое сопротивление доминирует над сопротивлением нагрузки. Иными словами, электрически длинная линия выступает в качестве основного компонента в цепи, и ее свойства доминируют над свойствами нагрузки. С источник, подключенным к одному концу кабеля и передает ток на нагрузку, но ток в первую очередь идет не в нагрузку, а в линию. Это становиться все более верным, чем длиннее у нас линия. Рассмотрим наш гипотетический 50Ом бесконечный кабель. Независимо от того, какую нагрузку мы подключаем на другой конец, источник будет видеть лишь 50Ом. В этом случае сопротивление линии является определяющим, а сопротивление нагрузки не будет иметь значения.

Наиболее эффективный способ свести к минимуму влияние длины линии передачи – нагрузить линию сопротивлением. Если сопротивление нагрузки равно волновому сопротивлению, то любой источник будет видеть то же самое сопротивление, независимо от длины линии. Таким образом, длина линии будет влиять только на задержку сигнала. Тем не менее, полное совпадение сопротивления нагрузки и волнового сопротивления не всегда возможно.

В следующем разделе рассматриваются линии передачи, особенно когда длина линии равна дробной части волны.

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

линии передачи , линия передачи , требования к линиям передач ,

Статью про характеристики линий передачи я написал специально для тебя. Если ты хотел бы внести свой вклад в развитие теории и практики, ты можешь написать коммент или статью отправив на мою почту в разделе контакты. Этим ты поможешь другим читателям, ведь ты хочешь это сделать? Надеюсь, что теперь ты понял что такое характеристики линий передачи и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Устройства СВЧ и антенны

Из статьи мы узнали кратко, но содержательно про характеристики линий передачи