ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОАКСИАЛЬНОЙ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ

Коаксиальная линия передачи энергии является направляющей системой закрытого вида и представляет собой два металлических проводника цилиндрической формы, расположенных один внутри другого так, что их оси совпадают. Внутренний проводник обычно сделан из сплошного металла или состоит из нескольких более тонких проводников соприкасающихся друг с другом. Наружный проводник имеет вид металлической трубки, которая может быть сплошной трубкой или сплетена из тонких проволочек в виде цилиндрической металлической оплетки.

Электромагнитное поле в коаксиальной линии заключено в пространстве между внутренним, т.е. центральным проводником, и наружным проводником, который называют ещё внешним проводником или оболочкой. При передачи по коаксиальной линии высокочастотной энергии по проводникам её текут токи, которые благодаря поверхностному эффекту сосредоточены в очень тонком слое металла, составляющем единицы микрометров. Таким образом, в коаксиальной линии высокочастотные токи текут по наружному слою центрального проводника и по внутреннему слою оболочки. Благодаря этому свойству коаксиальная линия является полностью экранированной линией передачи электромагнитных волн.

Геометрическими параметрами коаксиальной линии, которые определяют её электрические свойства, являются: диаметр центрального проводника d, внутренний диаметр оболочки D, и длина l (Рис. 1). Центральный проводник отделён от слоя диэлектрика толщиной или диэлектрическими шайбами. В качестве диэлектрика обычно применяется полиэтилен или фторопласт [5].

В коаксиальной линии могут распространяться волны ТЕМ, Е и Н.

Волна типа ТЕМ – это электромагнитная волна, в которой имеются только поперечные составляющие электрического и магнитного полей.

Рис. 1. Структура электрического и магнитного полей бегущей волны типа ТЕМ в коаксиальной линии.

1 – распределение напряжённости электрического поля вдоль длины линии (по синусоидальному закону) для фиксированного момента времени t.

Волна типа Е – это электромагнитная волна, в которой отсутствует продольная составляющая магнитного поля.

Волна типа Н – это электромагнитная волна, в которой отсутствует продольная составляющая электрического поля [1,2,3].

Волна типа ТЕМ в коаксиальном кабеле называется волной основного типа, а все волны типа Е и Н – волнами высших типов. Далее будем рассматривать распространение волн основного типа, так как они не имеют критических частот в коаксиальном кабеле [4].