Радиочастотная линия передачи

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)s Н 01 P 3/02, 3/04, 3/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

" T 92

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ (21) 4878909/09 (22) 29,10.90 (46) 15.07.92. Бюл. N. 26 (72) В.П,Киселев, А.В,Артемьев, Ю.В.Киселев, В,Е.Федяев и В.Г,Сайко (53) 621,372.821 (088,8) (56) Машковцев Б.М„цибизов К,И, Емелин

Е.М, Теория волноводов, — M,: Наука, 1966, Маттей Д,Л „Я н г Л „Джонс Е.Н.T. Фильтры. СВЧ, согласующие цепи и цепи связи.

Связь, 1971, т. 1, с. 35, рис. 2.04,4, (54) РАДИОЧАСТОТНАЯ ЛИНИЯ ПЕРЕДАIN

Изобретение относится к электродинамике двухсвязных систем передачи электромагнитной энергии, например к электродинамике однородной двухпроводной или полосковой линии передачи электромагнитной энергии, и может применяться в линиях передачи, антенной технике и технике сверхвысоких частот, Известны линии передачи электромаг.нитной энергии с волнами типа ТЕМ,.например полосковые, коаксиальные и двухпроводные. Из теории длинных линий известно, связь между напряжением и током в произвольном сечении и первичными параметрами длинной линии определяется телеграфными уравнениями, Обычно при этом рассматривают однородную линию, любой бесконечно малый участок которой

dx обладает индуктивностью dL, емкостью

dC, активным сопротивлением dR и проводимостью изоляции между проводами dG (фиг, 1). При этом погонные параметры, характеризующие линию, считались неизменными вдоль всей линии .и имели размерность

„„5U„„1748209 А1 (57) Применение; линии передачи, антенная техника и элементы трактов сверхвысокочастотных устройств, Сущность: разночастотная линия передачи содержит два проводника, расположенные параллельно и между которыми включены индуктивности

Lg, рассположенные на одинаковых расстояниях одна от другой, При обеспечении условия LB > (ук где Цу — индуктивность отрезка двух и роводников, расположенного между соседними индуктивностями Le. Дастигается наличие дисперсии и превышение фазовой скорости над групповой, 1 ил. (Гн ) (Ф ) (Ом ) (Сии )

Телеграфные уравнения в комплексной форме имеют вид;

dU

dx

= l(Rp+ j где о), . (")

dI.

dx

= U(Gp + J о Со), где Zp = R, + J в Lp — полное комплексное погонное, сопротивление линии;

Yp = Gp + ) й)Со .полная комплексная погонная проводимость линии.

Решая систему уравнений (1,, получают дифференциальное уравнение для напряжения в линии (12д

2 0=0. (2)

dx где

p= Zp Yp = (Rp + j п Lo)(Gp + j о1 Со) = — 0) LpCp + RpCp + j () (LpCp + CpRp) (3), постоянная распространения,-характеризу- ющая основные показатели распространяющейся в линии волны. В общем случае

1748209 постоянная распространения является величиной комплексной:

y = (x+ j/3, (4) действительная часть которой а является коэффициентом затухания, а мнимая /3- 5 фазовой постоянной (коэффициентом фазы).

Если рассматривать линию без потерь, в которой Ro = О и Gp = О, то постоянная распространения в ней будет равна 10 = Р с. =iN (5) т,е. окажется величиной чисто мнимой, При этом фазовая скорость Чф распространения волны в линии определяется через фазовую постоянную /3 и частоту и и 15 получается равной, Чф=- р . (6)

Lo Co

Из этой формулы видно, что фазовая 20 скорость волны в длинной линии без потерь зависит только от реактивных погонных параметров линии Lp и Со и не зависит от частоты, откуда делается вывод о том, чтодвухпроводная длинная линия, в отличие от волновода, т.е. от односвязной системы, не обладает дисперсионными свойствами.

Известны конструкции полосковой, коаксиальной и двухпроводной линий переда-. оп чи 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 диспер- З5 сии 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 мо- 40 жет 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 длинных линий, таких как направленные ответвители, мосты, вибраторные антенны и т,п, Известны радиочастотные линии передачи электромагнитной энергии, содержа- 50 щие два токо несущих проводника, расположенных параллельно один другому, между которыми включены одинаковые индуктивности, обладающие свойствами пол осно-пропускающих фильтров . При 55 увеличении количества включенных в линию индуктивностей обычно фильтрующие свойства усиливаются, а следовательно. увеличивается задержка движения энергии в такой линии. Такие линии не обладают положительной дисперсией и скорость движения фазы в них не может быть больше скорости света.

Цель изобретения — придание двухсвязной радиочастотной линии положительной дисперсии.

Поставленная цель достигается тем, что между проводниками линии дополнительнЬ 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 Lp, включенными параллельно в каждый элемент dx линии, При этом пог нные параметры такой линии будут иметь размерность

-о =(— ." ) "=(М-) "(— . ) .-) в(гн м).

Полное комплексное потонное сопротивление и полная комплексная проводимость такой линии соответственно примут

Вид

;7 =- (Ro + j 0) Ео), Y =(Gp J (l)Cp+ . ) . (7)

j (/) Lg

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

) = Z Y — (Ro + J < > -о) (Go +

+ jeCo+ )

1 (8)

)в4

Как и прежде, рассмотрим случай, когда активные потери в линии отсутствуют Ro = О и G, = О, При этом постоянная распространения будет равна

y =(J(l>Cp+ . )j(i) Lp=

J0)Lq

=-((lP LpCp — — ) . (9)

Со

Видно, что в зависимости от частоты в постоянная распространения может быть величиной действительной, мнимой или равной нул о. По аналогии с волноводами частоту, при которой постоянная распространения становится равной нул о, назовем критической частотой

) - — (бакр LoCo + — = О:

2 -о (1 О) -в откуда

1748209

gyp = или о) р=, (1 1)

2 1 1

1в Со

1 в Со

Иначе говоря, критическая частота рассматриваемой линии определяется величинами погонной емкости и включенными.в 5 линию параллельно индуктивностями. Теперь, подставив значение критической частоты в выражение (10), имеем

7=)©УСС

=! Рв (12) 10

Из полученного выражения видно, что на частотах ниже критической постоянная распространения будет величиной действительной, т.е. волна в двухпроводной линии 15 с индуктивными включениями распространяться не будет (как в волноводе). На частотах выше критической постоянная распространения будет величиной мнимой . и, следовательно, будет определять только 20 изменение фазы распространяющейся волны.

Фазовая скорость в линии с индуктивнымии вставками соответственно определится выражением 25

N 1 . 1

Чф ——

)) С.co — (13)

Co -в

30

Из полученного выражения видно, что в двухсвязной линии с параллельно включенными индуктивными вставками, распределенными равномерно по всей длине линии, 35 фаэовая 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 по- 40 гонных параметров Со и Le.

Волновое сопротивление линии с включениями определяется выражением

— Y= pav (лт) )г . (14)

Z 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 включени- 50 ями всегда меньше волнового сопротивления ро такой же линии., но беэ реактивных включений.

При этом сопротивление линии с включениями, нагруженной íà Z)4, в произволь- 55 ном сечении х имеет входное сопротивление

U x

Z(x) = х

=Zo (15) Нетрудно определить соотношение первичных параметров в линии с индуктивными включениями, при которых в ней будет наблюдаться явление дисперсии, Нижняя рабочая частота определится выражением

1 (16) при этом Le =- Lo, т.е. реактивные включения по величине равны погонным реактивностям отрезков линии без дисперсии, При выполнении этого условия дисперсионные свойства линии выражены наиболее ярко, С другой стороны, если реактивность вставки окажется больше соответствующей погонной реактивности, то дисперсионный мно-житель т г r ) г будет лриближать г()раб 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, предлагаемся радиочастотная линия передачи электромагнитной энергии обладает новым свойством — положительной дисперсией волн, Экспериментальные искл(ждован":я распределения составля)ощих эгектромагнитного поля eäîëü линии с Включениями показали, ч.го фазовая длина Волны в такой линии изменяется В зависимости от отношения рабочей и критической астот. т.е. в линии с реактивными включениями наблюдается явление дисперсии. аналогйчНоВ дисперсии ВОлн В волновОде, На основе радиочастотных линий передачи электромагнитной энергии с реактивными включениями можно создавать устройства с уменьшенным набегом фаз, линии задержки с изменяющимся временем задержки для разных частот, фильтры Верхних частот, широкополосные антенно-фидерные устройства.

Формула изобретения

Радиочастотная линия передачи,содержащая два проводника, расположен",ых параллельно., между которыми вкл(очены индуктивности Le расположенные )га одинаковых расстояниях одно От другой, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью придания дисперсионных свойств и обеспечения превышения фазовой скорости над групповой скоростью, индуктивности Lв выбраны из

1748? 09 соотношения: Lg i I, где Lpl - индуктивность отрезка двух проводников, расположенного между соседними индуктивностями Lg, Составитель В. Киселев

Техред М.Моргентал Корректор О, Кравцова

Редактор Э, Слиган

Производственно-издательский комбинат Патент". r, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2508 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Рэушская наб., 4/5