 |
 |
 |
 |
где In - натуральный логарифм; Ig - логарифм по основанию 10;
- относительная диэлектрическая проницаемость применяемого вао-ляционного материала; 2) ленточный кабель:
120 , 2Z? , 276 , 2D
/е, d d
При воздушной изоляции относительная диэлектрическая проницаемость воздуха £,. равна I.
Таблица 1-2
Диэлектрические постоянные различных изоляционных материалов
ИэоляциониыА | Диэлектрнвд-ская постоян- | Изоляиноивый | Диэлектрическая постоян- |
материал | материал | ||
Воздух | Плексиглас | ||
Полистирол | Аменит | ||
Стирофлекс | Стеатит | Около 5,0 | |
Полиизобутилен | 2,2 до 2,6 | Порцеллан | |
Миполам | Калит |
В табл. 1-2 приведены диэлектрические постоянные различных изоляционных материалов,
Рис. 1-24. Волновое сопротивление Z двухпроводной лиана с воздушной изоляцией в зависимости от отношения D/d.
Неизвестное волновое сопротивление может быть измерено и с (юмощью измерительного иоста LC. Для этого намеряют емкость методу
йентральноЛ жилой я оплеткой (внешним проводником) кабеля. Затем ?гротивоположный конец кабеля замыкается я измеряется индуктиц-
Рис. 1-25. Волновое сопротивление Z концентрической линии с воздушной изоляцией в зависимости от отношения D/d.
Рис. 1-26. Волиотое сопротивление Z линии с воздушной изоляцией, круглым внутренним и квадратаым внешним проводниками.
ность между центральной жилой и оплеткой. Измеренные андуктив-Н0СП1. г. и аакости Ф, подставляются в формулу
Измерение волнового сопротивления ленточного кабеля производится подобным же образсш, но он не должен лежать на земле, а должен быть свободно подвешен.
Вычисление волнового сопротивления 2 упрощается при использовании графиков рис. 1-24 - 1-27. В приведенных графиках волновое сопротивление рассчитывается для воздушной изоляции. Для перехода
Напряжение
Рис. 1-27. Волновое сопротивление Z экранированной симметричной двухпроводной линии с воздушной изоляцией.
к волновому сопротивлению линни с изоляционным материалом с диэлектрической постоянной, отличноГг от диэлектрической постоянной воздуха, необходимо значение Z. полученное из этих графиков, умножить на \l\fr
1-7. Питание антенн
Различают в основном два способа питания антенн - при [юмощи настроенных линий передачи и при помощи ненастроенных линий передачи.
Оба вида линий передачи при правильно выбранных размерах служат для передачи энергии без потерь на излучение.
Настроенная линия передали. В разомкнутой двухпроводной линни. имеющей электрическую длину W2 или пЯ/2, при возбуждении ее передатчиком возникают стоячие волны (рис. 1-28).
Распределение напряжения и тока в линии указывает на то, что при небольшом расстоянии между проводами линии (по сравнению с длиной волны) электромаг[!итные 1ЮЛЯ обоих проводников компенсируют друг Друга и настроенная
линия передачи или совсем не излучает, или ее излучение невелико.
Рис. 1-28. Стоячие волны в дв\ х-
[•рОБОДНОи линии.
Посредством настроенной линии передачи можно питать любой резонансный вибратор и одновременно производить трансформацию полного сопротивления (рис. 1-39).
На рис. 1-29, а показан полуволновый вибратор с настроен)10й линией; входное сопротивление в точках ZZ и ZZ одинаковое. Если тот же вибратор возбуждать с удвоенной частотой, то полуво.тиовый
- Ток ZZ=ny г низкое 1
пучность тона: низкое сопротивление 22=пучность тока: низкое соЬротадлеиие ZZ = ZZ
12 = узел тона; бысоное сопрс-пидление ZZ-узел тока высоко: сопро-тивленае ZZZZ
Рис. 1-29. Трансформация входного сопротивления в полуволновом вибраторе.
12=пучность/лона: низкое
сопротивление ZZ= узел тока-- высокое
сопротивлениг ZZ<ZZ
12=узел токи: высокое сопротивление ZZ=ny4Hocmb тона: низкое сипротивпение ZZ>ZZ
Рис. 1-30. Вибраторы с настроенной Х/4 линией передачи,
вибратор становится волновым и линия питания также имеет э.1ектги-ческую длину, равную X. Сопротивление в точках ZZ по-прежнему остается равным сопротивлению в точках ZZ (1-29, б).
Вообще говоря, можно возбуждать h2 вибратор любой высшей гармоникой (2; 2,5Я; ЗЯ: 3,5Я) и при это.м входное полное сопротивление ZZ вибратора будет трансформироваться в соотношении 1 . 1 к точкам ZZ входа линии передачи. При питании антенны по линии передачи длиной Л.Ч или равной кратному числу четвертей используемой хтины волны (3/4Л; 44Х; 7/4?i. и т. д.) происходит трансформация входного сопротивления, связанная с тем. что соотношение между напряжением
и током на конце линии передачи изменяется на обратное соотношение в начале линии (рис. 1-30).
Основным преимуществом настроенных линий является то, что при таком методе питания вибратор можно возбуждать не только основной волной, но и всеми высшими кратными гармониками ее волны. Например, волновыи вибратор на диапазон 80 м с настроенной Х/2 линией питания может быть использован на всех любительских диапазонах. Для длины волны 40 м этот вибратор представляет собой 2Х вибратор с \Х линией передачи; для длины волны 20 м - 4?. вибратор с 2Х линией передачи и т. д. При этом полное входное сопротивление вибраторов без изменения трансформируется из точек ZZ к входу линии передачи (точки ZZ). Вследствие указанных достоинств настроенные линии передачи довольно часто применяются в диапазоне коротких волн.
Изяляциоиные распорки.
Изоляционные распорки
Катушки связи с тщшм каскадом
Катушт с5ят с мощным каскадом
Рис. 1-31. Схемы связи с линией передачи.
а - схема связи линии передачи с передатчиком при низком сопротизлекин в ючjtax ZZ (связь по току); 6 - схема связи линии передачи с выходным каскадом передатчика при высоком сопротивлении в точках ZZ (связь по напр-яжению); в - универсальная схема связи.
Рис. 1-32. Антенный П-образный фнльтр для симметричных линий передачи.
При выборе расстояния между проводниками необходимо найти компромиссное решение. С одной стороны, расстояние между проводниками фидера необходимо выбирать как можно меньше, чтобы линия передачи не излучала. С другой стороны, слншксн близкое расположение проводников приводит к увеличению потерь в коротких изоляционных распорках. На практике целесообразно в диапазонах 80 и 40 м брать расстояние между проводниками, равное 15-20см, а в диапазонах 20, 55 и 10 м- 10 см. Для всеволновой антенны следует выбирать расстояние между проводниками 10-15 см.
В настроенных линиях передачи возникают стоячие волны. В пучностях тока увеличиваются омические потери, а высокое напряжение делает необходимым применение хорстних изоляторов. Поэтому для изготовления настроенных линий передачи применяют толстый провод или канатик и хорошие изоляционные распорки.
При малой мсяцности передатчика можно применять ленточные кабели, но при этом следует принимать во внимание их коэффициент укорочения (около 0,8), Потери у ленточных кабелей, конечно, выше, чем у линий передачи с воздушной изоляцией.
Для согласования выходных каскадов передатчика с линией передачи в основании этой линии це.чесообразно предусмотреть включение
подстроечного элемента. Обычно в различных вариантах включаются конденсаторы переменной емкости (рис. 1-31).
Для целей согласования и подстройки настроенных линий передачи наиболее подходят симметричные фильтры, показанные на рис. 1-32. Более подробно цепи связи будут разобраны далее (полное сопротивление в точках ZZ произвольное).
Согласованные линии передачи. Если подключить линию передачи к нагрузке, имеющей сопротивление, равное волновому сопротивлению линии, то и входное сопротивление линии будет равно волновому сопротивлению линии. Волновое сопротивление линии представляет собой омическое сопротивление и не зависит от частоты и длины линии. Если входное сопротивление антенны точно равно волновому сопротивлению линии, которая в свою очередь согласована с выходом передатчика, то энергия высокой частоты без потерь на излучение поступает в антенну по линии питания любой длины. Согласованная линия питания работает в режиме «бегущей» волны, который отличается от режима «стоячей» волны сохранением по всей длине линии постоянных значений тока и напряжения, т. е. отсутствуют узлы и пучности тока и напряжения, имеющие место в режиме стоячей ватны. Линия передачи в режиме «бегущей» волны (ненастроенная линия питания) имеет меньшие потери, чем линия, работающая в режиме «стоячей» волны (настроенная линия питания). Зют факт объясняется тем, что в режиме стоячей волны в пучностях тока увеличиваются омические потеря, в пучностях напряжения - диэлектрические потери, а в ливни с бегущей вачной эти потери вследствие отсутствия пучностей тока и напряжения значительно ниже. В диапазоне УКВ и дециметровых волн при питании антенн почти исключительно используется режим бегущей волны.
Потери в согласованной линии передачи в основном обусловлены продольным сопротивлением линии и потерями в применяемом изолирующем материале. На высоких частотах продольное сопротивление проводника вследствие поверхностного эффекта значительно больше, чем на постоянном токе. Продольное сопротивление медного проводника. Ом/км, имеющего обычные размеры, может быть рассчитано по следующей приближенной формуле:
где d - диаметр проводника, см; /-частота, МГц.
Сопротивление многожильных проводников возрастает на 0,25 значения сопротивления для гладкого провода, а для оплеток коаксиальных кабелей - в 2-3 раза.
Точное согласование входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением линии передачи имеет решающее значение для передачи высокочастотной энергии по линии питания без потерь. При отсутствии согласования в линии возникают отраженные волны, которые взаимодействуют с падающими, создают более или менее сильно выраженные стоячие волны. Появление стоячих волн приводит к увеличению потерь в линии на излучение. Плохо согласованная линия, таким образом, уже не подводит всей высокочастотной энергии передатчика к антенне и уменьшает к. п. д. выходной ступени передатчика.
В качестве меры точности согласования между ненастроенной линией питания и нагрузкой принимается коэффициент стоя-
0 1 2 [ 3 ] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52