1-6. Линии передачи

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 (рис. 1-21, 1-22).

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 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 $$Z=\sqrt{\frac{L}{C}},$$

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

Рис. 1-21. Коаксиальная линия.

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.

Рис. 1-22. Двухпроводная линия. Рис. 1-23. Эквивалентная электрическая схема двухпроводной линии.

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: $$Z=\frac{60}{\sqrt{\varepsilon}}\ln\frac{D}{d}{\ или \ }Z=\frac{138}{\sqrt{\varepsilon}}\lg\frac{D}{d}$$

где ln — натуральный логарифм;

lg — логарифм по основанию 10;

е — диэлектрическая постоянная применяемого изоляционного материала;

2. Ленточный кабель: $$Z=\frac{120}{\sqrt{\varepsilon}}\ln\frac{2D}{d}{\ или \ }Z=\frac{276}{\sqrt{\varepsilon}}\lg\frac{D}{d}$$

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

Рис. 1-24. Волновое сопротивление Z двухпроводной линии с воздушной изоляцией в зависимости от отношения D/d. Рис. 1-25. Волновое сопротивление Z концентрической линии с воздушной изоляцией в зависимости от отношения D/d.

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 $$Z=\sqrt{\frac{L}{C}}.$$

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

Рис. 1-26. Волновое сопротивление Z линии с воздушной изоляцией, круглым внутренним проводником и квадратным внешним. Рис. 1-27. Волновое сопротивление Z экранированной симметричной двухпроводной линии с воздушной изоляцией.

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 $1/\sqrt{\varepsilon}$.