тока при пробое tpEupdVTf 120. Исходя из величины тока, пробивное напряжение определится соотношением

= /,р Z3 = (£ р d/2) In {D/d). (5.24)

Для коаксиального волновода с воздушным заполнением (Ещ,=30 кВ/см) напряжение пробоя

(/ р= 15-103 din (D/d). (5.25)

Зависимость напряжения пробоя от отношения D/d проиллюстрирована кривой 2 на рис. 5.1il. Максимум пробивного напряжения наступает при D/d= =2,718. Это соответствует волновому сопротивлению Zb = 60 Ом.

Предельная мощность, передаваемая по коаксиальному волноводу, может быть вычислена по формуле

Рпр = f/np/(2b) = £пр У(Р Ш (D/dym. (5.26)

Как видно из графика рис. 5111 (кривая 3), максимум этой зависимости наступает при D/d=l,©5, что составляет Zb=30 Ом. Если коаксиальная линия заполнена диэлектриком, но не принято специальных мер к удалению воздушных включений, разряд начинается в тонкой воздушной пленке на границе между диэлектриком и внутренним проводником, а пробивная напряженность поля снижается в Уе раз.

Затухание коаксиальных линий, работающих на Т-волне, за счет тепловых потерь в проводниках Ur может .быть определено с помощью формулы (4.15), а за счет потерь в диэлектрике - с помощью формулы (2.48). Используя (4.15), можно определить, что для коаксиальной линии с медными проводниками

1.898.10- УеУГИ + Did)

размерность an - дБ/м.

Зависимость од от отношения Djd показана кривой 4 на рис. 5.11. Минимальному значению затухания в коаксиальной линии соответствует Dld=3,6, при етом 2в = 77 Ом.

Из вышеизложенного видно, что оптимальные параметры коаксиальных волноводов находятся вблизи волнового сопротивления Zb=60 Ом, которое принято в Государственном стандарте. -Кроме того, широко используются коаксиальные волноводы и коаксиальные кабели с волновым сопротивлением 76 Ом, что объясняется применением в антенных устройствах симметричных полуволновых вибраторов, имеющих входное сопротивление 75 Ом. При питании вибраторов через 75-омный коаксиальный волновод не требуются дополнительные согласующие устройства. Однако более тонкий внутренний провод 75-омного волновода затрудняет создание надежных разъемов и внутренних проводов без прогибов.

5.12. ОДНОПРОВОДНЫЕ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЛИНИИ

Однопроводные и диэлектрические линии относятся к линиям поверхностных волн [2, 12].

С физической точки зрения распространение волн вдоль иоверхности проводника (однопроводиая линия рис. 5.1,г) и 1внутри диэлек-прияеского стержня (диэлектрическая линия рис 5jl,e) обусловлено полным отражением от поверхности проводника и полным (внутренним отражением, пронсходящи.м при наклонном падении волны на поверхность раздела двух диэлектриков со стороны среды, ям-еющей более высокую диэлектричвекую проницаемость.

Не проводя -полный и строгий .анализ, рассмотрим .ос-н.ав.ные физичесние процессы, происходящие при обравовании .и р-аюпространении поверхностных электромагнитных волн, используя теорию па1р(1]1И-альных волн [2]. Под парциальной волной будем Понимать достат-очно малую часть плоской однород-ной волны.

.Допустим, что плоская ю.днородная волна падает иод углом ф>фкр на н-е-ограничевную плоскую иоверхн-ость раздела двух ди9лект1рияес-ких сред рис 5.12,а. Фронт волны проходит -по линии NN. .В каждой Ф0Ч1ке фронта плоской волны парциальная .волна описьшается урав-нением:

Парциальная волн-а .в точке О отразится От поверхности -раздела и в (некоторой точке С сложится с такой же парциальной волной. Их суперпозиция создает электрическое поле:

= £пад - £отр = Е е-Р - £е-Р

где li=BC - .путь, пройденный шадающей парциальной волной; lz=OC-..путь, пройденный отраженной парциальной в-олной.

Длины отрезков h и h, .ошред-еляющие разность фаз .иитарферирую-щих волн, м.огут быть выражены через х, г и .угол падения Ф .следующими урав-нениями:

= Z sin ф - лг cos ф ; /г = Z sin ф + х cos ф, что позволяет зап.исать уравнение для суммарной волны в следующем виде: £2 = £ е-Р ? = £е- Р (5.28)

ГДЕ P=Psin9 -.коэффНциент фазы поверх-н-остной 1волны; £=12Е8т(Рл;со5ф) - комПлеисная -ам-плитуда поверхностной волны.

Таким обраэоМ, пада.ющ-ая и отра.женная парциальные волны, складываясь, образуют электромагнитную волну, раоиространяющуюся вдоль поверхности раздела с .фазово-й скоростью оф=-со/Р=Оф/81п ф. Изменение составляющих векторов Е .и Н в первой среде в направлении, параллельно-м оси х (перпендикулярно поверхностн раздела), .имеет характер стоячей 1волны (см. рис. 5.12,6). Энергия распространяется только, вдоль .оси z, т. е. вдоль поверхности раздел-а, а в направлении оси х существует только реактивный поток энергаи, образующий

стоячую волну. i

Во второй среде амплитуда .ноля экспоненциально убывает в направлении, перпендикулярном поВ-ерх-ности раздела (см. рис. .5.12,6), а коэффициент затухания а= Vki-k

Если а имеет большую велшину, то во второй среде волна быстро затухает и существует лишь в тонком поверхностном, слое, примыкающем к поверхности раздела.

Раасмотренные выводы справедливы и в том случае, когда первая среда представляет собой диэлектрик, а вторая-идеальный щроводяик, с тем оонов-ным отличием, что полное отражение будет при любом угле ф, я во второй среде поле равно нулю.

СреВаТ

77777777V777777Q7Vy77777V7777

СредаЖ

Рис. 5.12. ,К образованию иоверхностной БoJJны: а -отражение парциальных волн от гаоверхиости раздела; б-.распределение амплитуды поверхиостной волны вдоль оси, перпендикулярной поверхности

.раздела

Электромагнитное поле, .находящееся над оо1Берхно1Стью проводника и распространяющееся вдоль этой поверхности, является источником помех. Поэтому при передаче энергии гаоверхно1стной волной необходимо увеличивать 1ианченгр.а-цию энергии вблизи поверхности проводника. Для увеличения концентрации СВЧ энергии .у металлической поверхности ее пОКрьюают .слоем диэлектрика. В этом случае зна1чительная часть энерпии .распространяется в самом диэлектрике Распространение энергии в диэлектрике можно рассматривать как результат по1следовательного .отражения воли от дравиц раздела диэлектрик-1ме-талл и диэлектрик-воздух .(см. рис. 5.il3). Для увеличения концентрации энергии IB яиэлектрике необходимо увешичивать толщину и -диэлектрическую прови-цаемостъ диэлектрика,

Воздух

Рис. 5.13. Распространение электром.агнитной волны в.доль металлической поверхности

Однопроводная линия передачи (рис. 5.1,г) представляет собой проводник круглого сечения, рад.иусом много большим глубины проникновения поля в проводник, покрыва.ется тонким слоем диэлектрика (доли М1иялим.етра). Физические процессы, происходящие при образовании .и распространении поверхностной

Металл