Радиочастотная линия передачи Советский патент 1992 года по МПК H01P3/02 H01P3/04 H01P3/08 

постоянная распространения является величиной комплексной:

y «4j/,(4)

действительная часть которой «является коэффициентом затухания, а мнимая фазовой постоянной (коэффициентом фазы).

Если рассматривать линию без потерь, в которой Ro 0 и Go 0, то постоянная распространения будет равна

У ,(5)

т.е. окажется величиной чисто мнимой.

При этом фазовая скорость Уф распространения волны в линии определяется через фазовую постоянную ft и частоту а и получается равной.

, ,ft) 1,-

(6)

Из этой формулы видно, что фазовая скорость волны в длинной линии без потерь зависит только от реактивных погонных параметров линии LO и Со и не зависит от частоты, откуда делается вывод о том, что- двухпроводная длинная линия, в отличие от волновода, т е. от односвязной системы, не обладает дисперсионными свойствами.

Известны конструкции полосковой, коаксиальной и двухпроводной линий передачи электромагнитной энергии, содержащие два токонесущих проводника, отстоящих один от другого на расстояние, значительно меньше длины рабочей волны.

Одним из свойств известных линий является отсутствие положительной дисперсии в них (это свойство в некоторых практических случаях оказывается недостатком линий такого типа). Так, например, фазовая длина волны определяется в них только параметрами диэлектрика и не может быть больше длины волны в свободном пространстве. Это свойство является препятствием для выполнения линий с меньшим набегом фаз, чем позволяет их естественная длина, и при изготовлении широкополосных устройств на основе длин - ных линий, таких как направленные ответ- вители, мосты, вибраторные антенны и т.п.

Известны радиочастотные линии передачи электромагнитной энергии, содержа щие два токонесущих проводника, расположенных параллельно один другому, между которыми включены одинаковые индуктивности, обладающие свойствами по- лосно-пропускающих фильтров. При увеличении количества включенных в линию индуктивностей обычно фильтрующие свойства усиливаются, а следовательно увеличивается задержка движения энергии

:-

0

5

0

5

в такой линии. Такие линии не обладают положительной дисперсией и скорость движения фаз ы в них не может быть больше скорости света.

Цель изобретения - придание двухсвязной радиочастотной линии положительной дисперсии.

Поставленная цель достигается тем, что между проводниками линии дополнительна введены параллельно включенные индуктивности, равномерно распределенные по всей длине линии.

Для доказательства возможности получения дисперсионных свойств рассмотрим однородную двухпроводную длинную линию с включениями, эквивалентная схема которой имеет вид, показанный на чертеже.

От ранее рассмотренной она отличается равномерно распределенными по всей длине индуктивностями LB, включенными параллельно в каждый элемент dx линии. При этом погонные параметры такой линии будут иметь размерность

, / Гьлг./-Ф 0/Ом ч, ( Сим

L° - ( ) с° С м-) R° CIT) с о (- )

1в(Гн м)

Полное комплексное погонное сопротивление и -полная комплексная проводимость такой линии соответственно примут вид

z - (RO + j w и),

1

Y (Go j WC0 +

(1}

35

40

Решая аналогично телеграфные уравнения для линий, эквивалентная схема которой приведена на чертеже, получим следующее выражение, определяющее постоянную распространения волны тока или напряжения:

у2 Z-Y - (Ro + j м U) (Go + 1

45

50

+ wC°+7Sfu)(8)

Как и прежде, рассмотрим случай, когда активные потери в линии отсутствуют R0 О и Go 0. При этом постоянная распространения будет равна

у2 0 ft Со +

j (i) LE -(агЧ0Со- 1°

)j « Lo Со

О)

5

Видно, ч го в зависимости от частоты ш постоянная распространения может быть величиной действительной, мнимой или равной нулю. По аналогии с волноводами частоту, при которой постоянная распространения становится равной нулю, назовем критической частотой

У2-- -- «кр2

UCo + т° 0:

LB

(10)

откуда

1

-.рг- ИЛИ -р

LB LOV I

1

(11)

Wkp2

LB Со

Иначе говоря, критическая частота рассматриваемой линии определяется величинами погонной емкости и включенными в линию параллельно индуктивностями. Теперь, подставив значение критической частоты в выражение (10), имеем

y jftJ/UC0

Из полученного выражения видно, что на частотах ниже критической постоянная распространения будет величиной действительной, т.е. волна в двухпроводной линии с индуктивными включениями распространяться не будет (как в волноводе). На частотах выше критической постоянная распространения будет величиной мнимой и, следовательно, будет определять только изменение фазы распространяющейся волны.

Фазовая скорость в линии с индуктивными вставками соответственно определится выражением ,, ft) 1 1

(13)

Р)

Из полученного выражения видно, что в двухсвязной линии с параллельно включенными индуктивными вставками, распределенными равномерно по всей длине линии, фазовая скорость зависит от частоты, т.е. в ней проявляется явление дисперсии.

Заметим также, что формула (13) определяет зависимость фазовой постоянной не только от частоты, но и от соотношения погонных параметров С0 и LB

Волновое сопротивление линии с включениями определяется выражением

z- v - vi-U/V)2 (14)

и зависит от отношения рабочей длины волны к критической. Поскольку для распространяющихся волн это отношение всегда меньше единицы, то можно утверждать, что волновое сопротивление линии с включениями всегда меньше волнового сопротивления ро такой же линии но без реактивных включений.

При этом сопротивление линии с включениями, нагруженной на ZH, в произвольном сечении х имеет входное сопротивление

ZM U(x) z ZH+jZ0tg//Bx f1« Ax} Tfi) Zo Zo+jZntg&x ((5)

Нетрудно определить соотношение первичных параметров в линии с индуктивными включениями, при которых в ней будет наблюдаться явление дисперсии Нижняя 5 рабочая частота определится выражением

-1,(16)

при этом LB LO, т е реактивные включения по величине равны погонным реактивноЮ стям отрезков линии без дисперсии, При выполнении этого условия дисперсионные свойства линии выражены наиболее ярко, С другой стороны, если реактивность вставки окажется больше соответствующей погон15 ной реактивности, то дисперсионный множитель

Vi -(

(ОраЪ

будет приближать0

5

0

5

0

5

0

5

ся к единице и дисперсионные свойства в линии будут проявляться незначительно.

Изменяя величину дисперсионного множителя, можно изменять электрическую длину линии по сравнению с геометрической длиной Это свойство особенно важно и может быть использовано при проектировании устройств миллиметрового диапазона радиоволн, существенно увеличивая их размеры.

Таким образом, предлагаема радиочастотная линия передачи электромагнитное энергии обладает новым свойством - положительной дисперсией волн.

Экспериментальные исследования рас пределения составляющих электромагнитного поля РДОЛЬ линии с включениями показали, ч го фазова1 длиг о аспнь з такой линии изменяется в зависимости от отношения рабочей и критическ г т.е в линии с реактивными включениями наблюдается явление дисперсии аналогичное дисперсии волн в волноводе

На основе радиочастотных линий передачи электромагнитной энергии с реактивными включениями можно создавать устройства с уменьшенным набегом фаз, ли нии задержки с изменяющимся временем задержки для разных частот, фильтры верхних частот, широкополосные антенно-фм- дерные устройства.

Формула изобретения Радиочастотная линия передачи, содержащая два проводника, расположенных параллельно между которыми включены индуктивности LE, расположенные us одинаковых расстояниях одно от другой, о т л и- чающаяся тем, что, с целью придзкчя дисперсионных свойств и обеспечения превышения фазовой скорости над групповой скоростью, индуктивности LB выбраны из

соотношения. LB S , где индуктивность отрезка двух проводников, расположенного между соседними индуктивностями LR