RU2036520C1

RU2036520C1 - Coaxial microwave transmission line

Info

Publication number: RU2036520C1
Application number: RU92016143A
Authority: RU
Inventors: И.С. Шагин
Original assignee: Научно-исследовательский институт "Домен"
Priority date: 1992-12-30
Filing date: 1992-12-30
Publication date: 1995-05-27

Abstract

FIELD: microwave radio engineering. SUBSTANCE: device has dielectric tube which outer and inner diameters varies in time so that they match diameters of outer and inner microwave conductors. Width of tube walls also varies so that ratio of outer and inner diameters of tube remains constant value in every cross section of transmission line. This ratio is determined by wave resistance of tube, characteristics of conductors, dielectric permeability of material of tube. EFFECT: decreased losses, increased reliability of conductor attachment, increased uniformity, decreased integral transmission wave resistance. 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано в телевизионных и магистральных линиях передачи СВЧ (кабелях) с воздушно-пластмассовой изоляцией. The present invention relates to microwave radio engineering and can be used in television and trunk microwave transmission lines (cables) with air-plastic insulation.

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.To transmit large microwave power levels over significant distances (for example, in television and transmission lines), it is necessary to use transmission lines (cables) with a low level of losses, a given value of wave impedance (Z) and high uniformity (low reflection). Various types of insulation are used to secure the inner conductor. The following types of air-plastic insulation have the least losses: cordel, tubular, cap, balloon, etc. The prototype adopted coaxial transmission line with balloon insulation. Balloon insulation is a plastic tube with clamps in diameter. A disadvantage of the known structures, including the prototype, is the impossibility of accurately determining the geometric dimensions of the insulator due to the lack of methods for accurately calculating the equivalent value of the dielectric constant ε _e (hence, the value of Z), resulting in the formation of local inhomogeneities, resonant resonances appear on the frequency characteristics peaks, the average value of SWR _n increases.

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.The task is to create a design of a coaxial microwave transmission line with air-plastic insulation, which makes it possible to accurately ensure a given value of wave impedance and its constancy along the line length (i.e., in any cross section), and the technical result is to reduce the SWR _n and resonant peaks at frequency characteristics, i.e. creating a homogeneous line (cable) with low SWR _n and losses.

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.It was found that if the wall thickness of the tube of variable diameter (such as balloon insulation) varies along the line length depending on the change in the tube diameters, this will make it possible to provide a constant and predetermined value ε _e (Z) in any plane of the cross section of the line or microwave cable , i.e. provide high uniformity and low SWR _n .

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.For this, a plastic tube, the outer d _n and inner d _{in the} diameters of which alternately coincide with the diameters of the outer (D) and inner (d) line conductors, respectively, is made with a variable wall thickness, determined in any cross section by the ratio

(1) where ε is the dielectric constant of the tube material;
ε _{e is the} equivalent dielectric constant corresponding to a given wave impedance and parameters of the transmission line conductors.

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.The drawing shows three structural options (a, b, c) of a longitudinal section of the proposed design of a microwave transmission line with air-plastic insulation, where the following notation is accepted: 1 plastic tube of variable diameter and thickness, made of a dielectric with a dielectric constant; 2 coaxial line (or cable) with outer and inner conductor with diameters D and d, respectively; AA ₁ BB ₁ SS ₁ plane of the cross section of the line.

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).In any plane of the cross-section, the plastic tube has the form of a circular ring located coaxially with the conductors of the transmission line. Methods of calculating ε _e for such structures are known; for the structure under consideration, we obtain
ε _e =

(2) where d _n , d _are respectively the outer and inner diameters of the circular ring of the tube (in any plane of the cross section of the line).

Из (1) следует, что

1-

lg

1-

lg

Откуда получаем искомое выражение (1).It follows from (1) that

1-

lg

1-

lg

From where we get the desired expression (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.The value of ε _{e is} determined from the known relations for a given Z and the parameters of the conductors
Z

lg

Since the right-hand side of expression (1) is a constant value (K), the value of d _n is a linear function of the argument d _in . In the plane AA ₁ , d _in d; in the BB plane ₁ d _n D, in any other plane (for example, С-С ₁ ) d _n 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.Therefore, if the change d _in along the straight line is described by the line length (see. FIG. 1a), the broken line (see. FIG. 1b) or any other function (e.g., sine. See FIG. 1c), then d _n is be described by a function of the same kind. Moreover, in any plane of the cross section, relation (1) will be satisfied, i.e. the calculated value of ε _e and Z is kept constant.

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).The proposed design makes it possible to choose various insulation designs, while retaining all the advantages of the prototype design (low losses, reliable alignment of the inner conductor and the possibility of sealing the tube), as well as providing a constant and predetermined value of ε _e (i.e., wave impedance Z) in any cross section of the transmission line, i.e., a small average value of SWR _n and a decrease in resonance types on the frequency characteristics of the transmission line are ensured. Thus, the proposed design retains all the advantages of continuous (uniform) insulation and eliminates the disadvantages of the prototype design and analogues. Structurally, it is possible to perform isolation from separate unified sections (for example, the size along the plane AA ₁ B-B ₁ , Fig. 1a, or from two halves (longitudinal section).

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.The most promising is the design shown in FIG. 1b, combining sufficient structural simplicity and reliability of fixation of conductors with low losses, high uniformity and low SWR _{on a} transmission line or microwave cable.

Claims

COAXIAL MICROWAVE TRANSMISSION LINE, comprising inner and outer conductors and an insulation located between them in the form of a plastic tube, the inner and outer diameters of which alternately coincide with the diameters of the inner and outer conductors respectively, characterized in that the tube is made with a variable wall thickness defined in any transverse cross section of the line ratio

where D, d are the diameters of the outer and inner conductors of the line;
d _n , d _{in the} outer and inner diameters of the tube;
ε dielectric constant of the tube material;
e _{e is the} equivalent dielectric constant corresponding to a given wave impedance and parameters of the transmission line conductors.