КОАКСИАЛЬНАЯ ЛИНИЯ ПЕРЕДАЧИ СВЧ Российский патент 1995 года по МПК H01B11/18 

Предлагаемое изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано в телевизионных и магистральных линиях передачи СВЧ (кабелях) с воздушно-пластмассовой изоляцией.

Для передачи больших уровней мощности СВЧ на значительные расстояния (например, в телевизионных и магистральных линиях передачи) требуется применение линий передач (кабелей) с малым уровнем потерь, заданным значением волнового сопротивления (Z) и высокой однородностью (малым уровнем отражений). Для крепления внутреннего проводника исполь- зуются различные виды изоляции. Наименьшими потерями обладают следующие виды воздушно-пластмассовой изоляции: кордельная, трубчатая, колпачковая, баллонная и т.п. За прототип принята коаксиальная линия передачи с баллонной изоляцией. Балонная изоляция представляет собой пластмассовую трубку с пережимами по диаметру. Недостатком известных конструкций, в том числе и прототипа, является невозможность точного определения геометричеcких размеров изолятора из-за отcутcтвия методов точного расчета эквивалентного значения диэлектрической проницаемости ε_э (следовательно, и значения Z), в результате чего образуются локальные неоднородности, на частотных характеристиках появляются резонансные пики, возрастает среднее значение КСВ_н.

Задачей является создание конструкции коаксиальной линии передачи СВЧ с воздушно-пластмассовой изоляцией, дающей возможность точного обеспечения заданного значения волнового сопротивления и его постоянства вдоль длины линии (т.е. в любом поперечном сечении), а техническим результатом уменьшение КСВ_н и резонансных пиков на частотных характеристиках, т.е. создание однородной линии (кабеля) с малым КСВ_н и потерями.

Установлено, что если толщина стенок трубки переменного диаметра (типа баллонной изоляции) будет изменяться вдоль длины линии в определенной зависимости от изменения диаметров трубки, то это даст возможность обеспечить постоянное и заданное значение ε_э (Z) в любой плоскости поперечного сечения линии или кабеля СВЧ, т.е. обеспечить высокую однородность и малое КСВ_н.

Для этого пластмассовая трубка, наружный d_н и внутренний d_в диаметры которой поочередно совпадают с диаметрами соответственно наружного (D) и внутреннего (d) проводников линии, выполнена с переменной толщиной стенок, определяемой в любом поперечном сечении соотношением

(1) где ε диэлектрическая проницаемость материала трубки;
ε_э эквивалентное значение диэлектрической проницаемости, соответствующее заданному волновому сопротивлению и параметрам проводников линии передачи.

На чертеже представлены три конструктивных варианта (а, б, в) продольного сечения предлагаемой конструкции линии передачи СВЧ с воздушно-пластмассовой изоляции, где приняты следующие обозначения: 1 пластмассовая трубка переменного диаметра и толщины, выполненная из диэлектрика с диэлектрической проницаемостью; 2 коаксиальная линия (или кабель) с наружным и внутренним проводником с диаметрами соответственно D и d; АА₁ВВ₁СС₁ плоскости поперечного сечения линии.

В любой плоскости поперечного сечения пластмассовая трубка имеет вид кругового кольца, расположенного соосно с проводниками линии передачи. Способы расчета ε_э для таких конструкций известны, для рассматриваемой конструкции получим, что
ε_э=
(2) где d_н, d_в соответственно наружный и внутренний диаметры кругового кольца трубки (в любой плоскости поперечного сечения линии).

Из (1) следует, что
1- lg 1- lg Откуда получаем искомое выражение (1).

Значение ε_э определяется из известных соотношений по заданному Z и параметрам проводников
Z lg Так как правая часть выражения (1) есть величина постоянная (К), то значение d_н представляет собой линейную функцию от аргумента d_в. В плоскости А-А₁, d_в d; в плоскости ВВ₁ d_н D, в любой другой плоскости (например, С-С₁) d_н Кd_в.

Поэтому, если изменение d_в вдоль длины линии описывается прямой (см. фиг. 1а), ломаной (см. фиг. 1б) или какой-либо другой функцией (например, синусоидной, см. фиг. 1в), то и d_н будет описываться функцией того же виды. При этом в любой плоскости поперечного сечения будет выполняться соотношение (1), т.е. сохраняться постоянным расчетное значение ε_э и Z.

Предлагаемая конструкция дает возможность выбора различных вариантов исполнения изоляции, при этом сохраняются все преимущества конструкции прототипа (малые потери, надежная центровка внутреннего проводника и возможности герметизации трубки), а также обеспечивается постоянное и заданное значение ε_э (т.е. и волнового сопротивления Z) в любом поперечном сечении линии передачи, т. е. обеспечивается малое среднее значение КСВ_н и уменьшение резонансных типов на частотных характеристиках линии передачи. Таким образом, предлагаемая конструкция сохраняет все преимущества сплошной (однородной) изоляции и устраняет недостатки конструкции-прототипа и аналогов. Конструктивно возможно выполнение изоляции из отдельных унифицированных секций (например, размер по плоскости А-А₁ В-В₁, фиг. 1а, или из двух половин (продольный разрез).

Наиболее перспективной является конструкция, приведенная на фиг. 1б, сочетающая достаточную конструктивную простоту и надежность фиксации проводников с малыми потерями, высокой однородностью и малым КСВ_н линии передачи или кабеля СВЧ.

Использование: в радиотехнике СВЧ. Сущность изобретения: коаксальная линия передачи СВЧ содержит диэлектрическую трубку, наружный и внутренний диаметры которой периодически изменяются и поочередно совпадают с диаметрами соответственно наружного и внутреннего проводников. Толщина стенок трубки также периодически изменяется так, чтобы отношение наружного и внутреннего диаметров трубки оставалось постоянным в любом поперечном сечении линии, причем это отношение определяется заданным волновым сопротивлением линии, параметрами проводников и диэлектрической проницаемостью материала трубки. Предлагаемая конструкция позволяет обеспечить малые потери, надежную фиксацию проводников, а также обеспечить высокую однородность и малое КСВн линии передачи. 1 ил.

КОАКСИАЛЬНАЯ ЛИНИЯ ПЕРЕДАЧИ СВЧ, содержащая внутренний и наружный проводники и расположенную между ними изоляцию в виде пластмассовой трубки, внутренний и наружный диаметры которой поочередно совпадают с диаметрами соответственно внутреннего и наружного проводников, отличающаяся тем, что трубка выполнена с переменной толщиной стенок, определяемой в любом поперечном сечении линии соотношением

где D, d диаметры наружного и внутреннего проводников линии;
d_н, d_в наружный и внутренний диаметры трубки;
ε диэлектрическая проницаемость материала трубки;
e_э эквивалентное значение диэлектрической проницаемости, соответствующее заданному волновому сопротивлению и параметрам проводников линии передачи.