RU2181518C2

RU2181518C2 - Coaxial radiating cable

Info

Publication number: RU2181518C2
Application number: RU2000112415/09A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Марков
Original assignee: ГУП "Конструкторское бюро "Связьморпроект"
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2000-05-17
Publication date: 2002-04-20

Abstract

FIELD: radio engineering; contactless communications; antenna radiators. SUBSTANCE: radiating cable has internal conductor inside insulating layer and external conductor with holes. Novelty is that internal conductor has radial conducting inserts placed between internal and external conductors coaxially relative to holes. Cross-sectional areas of conducting inserts are smaller than areas of respective holes. Shapes of conducting-insert sections and their orientation follow those of respective holes. In addition radial conducting inserts may be provided with conducting nozzles which contact these inserts and are free to move longitudinally along them. EFFECT: reduced standing-wave ratio; enhanced radiation level and uniformity. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для обеспечения бесконтактной связи с абонентами, и в качестве излучателя в системах контроля антенн. The invention relates to the field of radio engineering and can be used to provide contactless communication with subscribers, and as a radiator in antenna monitoring systems.

Известен излучающий коаксиальный высокочастотный кабель (см. заявку ЕПВ 643438, МКИ Н 01 Q 13/20), содержащий центральный проводник, окруженный слоем диэлектрика, и внешний проводник с отверстиями в форме щелей, расположенных перпендикулярно по отношению к оси кабеля, причем щели образуют группы, которые различаются по количеству щелей на единицу длины кабеля. При увеличении длины кабеля для формирования равномерного распределения уровня мощности излучения с увеличением длины кабеля частота нанесения щелей увеличивается. Недостатком этого излучающего кабеля является появление множества отраженных волн от неоднородностей в виде щелей и, следовательно, сравнительно высокий коэффициент стоячей волны К. Повышение уровня отраженных волн затрудняет согласование кабеля с передатчиком и нарушает равномерность первичного поля излучения кабеля. Known emitting coaxial high-frequency cable (see application EPV 643438, MKI N 01 Q 13/20), containing a Central conductor surrounded by a dielectric layer, and an external conductor with holes in the form of slots located perpendicular to the axis of the cable, and the gaps form groups which differ in the number of slots per unit length of cable. With increasing cable lengths to form a uniform distribution of the radiation power level with increasing cable lengths, the frequency of applying slits increases. The disadvantage of this radiating cable is the appearance of many reflected waves from inhomogeneities in the form of gaps and, therefore, a relatively high standing wave coefficient K. An increase in the level of reflected waves makes it difficult to coordinate the cable with the transmitter and violates the uniformity of the primary radiation field of the cable.

Известна коаксиальная линия передачи (а. с. СССР 556523, МКИ Н 01 Р 3/06), содержащая изолирующие опоры, выполненные в виде симметрично расположенных радиальных диэлектрических стержней, которые установлены между внутренним и внешним проводниками, имеющими углубления на внутренней поверхности в месте размещения опор. В каждом диэлектрическом стержне выполнено осевое отверстие, в котором установлен, с возможностью продольного перемещения, металлический вкладыш, имеющий электрический контакт с внешним проводником линии. Диэлектрические стержни закрепляются в отверстиях внешнего проводника и фиксируются втулками, сквозь которые вводятся металлические вкладыши. Known coaxial transmission line (AS USSR 556523, MKI N 01 P 3/06) containing insulating supports made in the form of symmetrically arranged radial dielectric rods that are installed between the inner and outer conductors having recesses on the inner surface at the location supports. An axial hole is made in each dielectric rod, in which a metal insert is installed, with the possibility of longitudinal movement, having electrical contact with the external conductor of the line. Dielectric rods are fixed in the holes of the external conductor and fixed with bushings through which metal inserts are inserted.

При настройке линии глубина введения металлических вкладышей регулируется на минимум отражений. Размеры углублений на внутренней поверхности внешнего проводника линии в месте размещения опор выбираются такими, чтобы происходила перекомпенсация вносимой в линию параллельной емкости диэлектрических стрежней последовательной индуктивностью углублений. When adjusting the line, the depth of introduction of metal inserts is adjusted to a minimum of reflections. The dimensions of the recesses on the inner surface of the external conductor of the line at the location of the supports are selected so that there is an overcompensation of the serial inductance of the recesses introduced into the line of the parallel capacitance of the dielectric rods.

Тогда при введении металлических вкладышей в осевые отверстия диэлектрических стержней можно получить полную компенсацию последовательной индуктивности углублений суммарной емкостью диэлектрических стержней и металлических вкладышей. Then, with the introduction of metal inserts into the axial holes of the dielectric rods, it is possible to obtain complete compensation for the series inductance of the recesses with the total capacity of the dielectric rods and metal inserts.

Конструктивные решения метода компенсации неоднородностей с помощью проводящих вкладышей, имеющих электрический контакт с внешним проводником, примененный в данном изобретении, не позволяет использовать такую линию в качестве излучающего кабеля, так как проводящие вкладыши полностью экранируют излучение. Constructive solutions of the method of compensating inhomogeneities using conductive inserts having electrical contact with an external conductor used in this invention does not allow the use of such a line as a radiating cable, since conductive inserts completely shield the radiation.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является излучающий высокочастотный коаксиальный кабель, описанный в патенте США 3870977, МКИ Н 01 Q 13/22, Н 01 Р 3/06 (опубл. 31.08.1983), который мы принимаем за прототип. В соответствии с патентом США 3870977 излучающий коаксиальный кабель содержит центральный проводник; диэлектрический слой, в котором расположен центральный проводник, а также, как минимум, один искажающий поле элемент, частично покрывающий поверхность диэлектрического слоя, расположенный под углом относительно центрального проводника, и отличающийся по проводимости от диэлектрического слоя; внешний проводник с отверстиями и излучающий экран. Внешний проводник и излучающий экран имеют электрический контакт с искажающим поле элементом. Размеры отверстий экрана и внешнего проводника оставляют открытыми часть искажающего поле элемента и диэлектрического слоя. The closest in technical essence to the claimed invention is a radiating high-frequency coaxial cable described in US patent 3870977, MKI H 01 Q 13/22, H 01 P 3/06 (publ. 31.08.1983), which we take as a prototype. In accordance with US patent 3870977 emitting coaxial cable contains a Central conductor; the dielectric layer in which the central conductor is located, as well as at least one field-distorting element, partially covering the surface of the dielectric layer, located at an angle relative to the central conductor, and differing in conductivity from the dielectric layer; external conductor with holes and a radiating screen. The outer conductor and the radiating screen have electrical contact with the field-distorting element. The dimensions of the openings of the screen and the outer conductor leave open a portion of the field-distorting element and the dielectric layer.

Благодаря введению искажающего поле элемента удается повысить поле излучения кабеля без увеличения размеров отверстия, но при этом увеличивается вносимая неоднородность. Недостатком кабелей, описанных в заявке ЕПВ 643438 и патенте США 3870977 является наличие нескомпенсированных неоднородностей, обусловливающих появление отраженных волн, что приводит к повышению коэффициента стоячей волны и искажению первичного поля излучения кабеля. Thanks to the introduction of a field-distorting element, it is possible to increase the radiation field of the cable without increasing the size of the hole, but the introduced heterogeneity increases. The disadvantage of the cables described in application EPO 643438 and US patent 3870977 is the presence of uncompensated inhomogeneities, causing the appearance of reflected waves, which leads to an increase in the standing wave coefficient and distortion of the primary radiation field of the cable.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение коэффициента стоячей волны и повышение уровня и равномерности излучаемой мощности. An object of the present invention is to reduce the standing wave coefficient and increase the level and uniformity of radiated power.

Поставленная задача решается таким образом, что в излучающем коаксиальном кабеле, состоящем из внутреннего проводника, слоя изоляции, окружающего внутренний проводник, и внешнего проводника с отверстиями, согласно изобретению, внутренний проводник содержит радиальные проводящие вставки, расположенные между внутренним и внешним проводниками, соосно с отверстиями, причем площади поперечных сечений проводящих вставок меньше площадей соответствующих отверстий, а формы поперечных сечений и ориентация проводящих вставок совпадают с формой и ориентацией соответствующих отверстий (вариант 1). The problem is solved in such a way that in the radiating coaxial cable, consisting of an inner conductor, an insulation layer surrounding the inner conductor, and an outer conductor with holes, according to the invention, the inner conductor contains radial conductive inserts located between the inner and outer conductors, coaxially with the holes moreover, the cross-sectional areas of the conductive inserts are smaller than the areas of the corresponding holes, and the shapes of the cross-sections and the orientation of the conductive inserts coincide with the shapes oh and the orientation of the corresponding holes (option 1).

С целью обеспечения удобства настройки, для полной компенсации последовательной эквивалентной индуктивности L_э отверстий параллельной эквивалентной емкостью С_э проводящих вставок, может быть предложена модификация излучающего коаксиального кабеля, в которой радиальные проводящие вставки снабжены проводящими насадками, имеющими возможность продольного перемещения вдоль вставок и регулирующих геометрическую длину вставок и, следовательно, их эквивалентную параллельную емкость С_э (вариант 2).In order to ensure ease of adjustment, to fully compensate for the serial equivalent inductance L _{e of the} holes with a parallel equivalent capacitance C _{e of the} conductive inserts, a modification of the radiating coaxial cable can be proposed, in which the radial conductive inserts are equipped with conductive nozzles that can longitudinally move along the inserts and adjust the geometric length inserts and, therefore, their equivalent parallel capacity C _e (option 2).

Такое конструктивное решение излучающего коаксиального кабеля позволяет одновременно решить две задачи: во-первых, обеспечить компенсацию неоднородностей внешнего проводника в виде последовательно включенных эквивалентных индуктивностей, внесенной неоднородностью внутреннего проводника в виде параллельно включенных емкостей проводящих вставок и, тем самым, обеспечить постоянство волнового сопротивления Z_в вдоль кабеля и, во-вторых, увеличить излучение из отверстий внешнего проводника благодаря повышению напряженности электромагнитного поля вблизи отверстий при приближении высокочастотных токов центрального проводника, протекающих по поверхности проводящих вставок. Выполнение проводящих вставок с меньшей площадью поперечных сечений, чем площади соответствующих отверстий, а формой поперечных сечений и ориентацией проводящих вставок, совпадающих с формой и ориентацией соответствующих отверстий, позволяет уменьшить эффект экранирования краями отверстий полей излучения токов, протекающих по верхним поверхностям проводящих вставок и, следовательно, обеспечить максимально возможное поле излучения при наименьших площадях поперечных сечений проводящих вставок.This constructive solution of the radiating coaxial cable allows us to simultaneously solve two problems: firstly, to compensate for the inhomogeneities of the external conductor in the form of series-connected equivalent inductances introduced by the heterogeneity of the internal conductor in the form of parallel-connected capacitances of the conductive inserts and, thus, to ensure the constant wave resistance Z _in along the cable and, secondly, to increase the radiation from the holes of the external conductor by increasing the tension of the electron magnetic field near the holes when the high-frequency currents of the central conductor approaching flowing on the surface of the conductive inserts. The implementation of the conductive inserts with a smaller cross-sectional area than the area of the corresponding holes, and the shape of the cross-sections and the orientation of the conductive inserts matching the shape and orientation of the corresponding holes, reduces the screening effect of the edges of the holes of the radiation fields of the currents flowing on the upper surfaces of the conductive inserts and, therefore , to provide the maximum possible radiation field with the smallest cross-sectional areas of the conductive inserts.

Оснащение вставок проводящими насадками, имеющими возможность перемещаться вдоль вставок и регулировать их длину, позволяет изменять эквивалентную емкость и настраивать кабель на минимум отражений, т.е. на минимум коэффициента стоячей волны. Equipping the inserts with conductive nozzles that can move along the inserts and adjust their length allows you to change the equivalent capacity and adjust the cable to a minimum of reflections, i.e. to a minimum standing wave ratio.

Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна": существенные признаки предлагаемого излучающего кабеля известны из литературы, но в совокупности в применении к излучающему кабелю, служащему для обеспечения бесконтактной связи с абонентами или в качестве излучателя в системах контроля параметров антенн, создают положительный эффект, выражающийся в улучшении согласования кабеля с передатчиком, повышением уровня и равномерности поля излучения. Thus, the claimed technical solution meets the criteria of the invention of "novelty": the essential features of the proposed radiating cable are known from the literature, but when applied to a radiating cable that serves to provide contactless communication with subscribers or as a radiator in antenna parameter monitoring systems, they create a positive the effect of improving the coordination of the cable with the transmitter, increasing the level and uniformity of the radiation field.

Так как коаксиальный излучающий кабель благодаря этому приобретает новые свойства, то предложенная совокупность признаков удовлетворяет критерию "существенные отличия". Since the coaxial radiating cable thereby acquires new properties, the proposed set of features satisfies the criterion of "significant differences".

На фиг.1 представлен первый вариант предлагаемого кабеля в поперечном и продольном разрезе. На фиг.2 представлен второй вариант предлагаемого кабеля в поперечном и продольном разрезе. Figure 1 presents the first version of the proposed cable in cross and longitudinal section. Figure 2 presents the second variant of the proposed cable in the transverse and longitudinal section.

Излучающий коаксиальный кабель содержит внутренний проводник 1, окруженный диэлектрическим слоем 2 и внешний проводник 3 с отверстиями 4. Внутренний проводник 1 содержит радиальные проводящие вставки 5, расположенные между внутренним и внешним проводниками 1, 3 соосно с отверстиями 4. В отличие от первого варианта, проводящие вставки 5 второго варианта снабжены проводящими насадками 6, имеющими с ними электрический контакт и возможность продольного перемещения вдоль вставок 5. The radiating coaxial cable contains an inner conductor 1 surrounded by a dielectric layer 2 and an outer conductor 3 with holes 4. The inner conductor 1 contains radial conductive inserts 5 located between the inner and outer conductors 1, 3 coaxially with the holes 4. In contrast to the first embodiment, the conductive the inserts 5 of the second embodiment are provided with conductive nozzles 6 having electrical contact with them and the possibility of longitudinal movement along the inserts 5.

Излучающий коаксиальный кабель работает следующим образом. Высокочастотная электромагнитная волна распространяется в коаксиальном кабеле между внутренним 1 и внешним 3 проводниками. Отверстия 4 во внешнем проводнике 3 представляют собой неоднородности индуктивного характера, включенные в эквивалентную электрическую схему кабеля последовательно. В районах неоднородностей структура поля в кабеле искажается. Часть электромагнитной энергии излучается из отверстий 4 во внешнее пространство, часть электромагнитной энергии отражается к передатчику. Чем больше размеры отверстий и чем чаще они расположены, тем больше энергии излучается, но тем больше уровень и количество отраженных волн. Отраженные волны при распространении навстречу основной волне излучаются из отверстий 4 и нарушают равномерность поля излучения прямой волны. Так как проводящие радиальные вставки 4 представляют собой неоднородности емкостного характера, включенные в эквивалентную электрическую схему кабеля параллельно, то при соответствующем выборе значения емкости С_э можно скомпенсировать неоднородность отверстий и практически исключить появление отраженных волн и, следовательно, снизить коэффициент стоячей волны. Кроме того, введение проводящих вставок 4 позволяет повысить излучение кабеля, так как высокочастотный ток, протекая по поверхности проводящей вставки, приближается к отверстию, увеличивая в его районе напряженность поля пропорционально высоте проводящей вставки. Расположение проводящих вставок между внутренним и внешним проводником, соосно с отверстиями, позволяет наиболее эффективно скомпенсировать неоднородности, вносимые отверстиями.Radiating coaxial cable operates as follows. A high-frequency electromagnetic wave propagates in a coaxial cable between the inner 1 and outer 3 conductors. The holes 4 in the outer conductor 3 are inductance-type inhomogeneities included in series in the equivalent electrical circuit of the cable. In areas of heterogeneity, the field structure in the cable is distorted. Part of the electromagnetic energy is radiated from the holes 4 into the outer space, part of the electromagnetic energy is reflected to the transmitter. The larger the size of the holes and the more often they are located, the more energy is emitted, but the greater the level and number of reflected waves. Reflected waves propagating towards the main wave are emitted from the holes 4 and violate the uniformity of the radiation field of the direct wave. Since the conductive radial inserts 4 are capacitive inhomogeneities that are included in the equivalent electrical circuit of the cable in parallel, with a suitable choice of the capacitance value C _e , the heterogeneity of the holes can be compensated and the appearance of reflected waves can be virtually eliminated and, therefore, the standing wave coefficient can be reduced. In addition, the introduction of conductive inserts 4 allows you to increase the radiation of the cable, since the high-frequency current flowing along the surface of the conductive insert approaches the hole, increasing the field strength in its region in proportion to the height of the conductive insert. The location of the conductive inserts between the inner and outer conductor, coaxial with the holes, allows you to most effectively compensate for the inhomogeneities introduced by the holes.

Выполнение проводящих вставок с меньшей площадью поперечных сечений, чем соответствующие отверстия, а по форме и ориентации совпадающие с соответствующими отверстиями, позволяет уменьшить эффект экранирования краями отверстий полей излучения токов, протекающих по верхней поверхности проводящих вставок и, следовательно, эффективно повысить излучение при наименьших габаритах проводящих вставок. The implementation of the conductive inserts with a smaller cross-sectional area than the corresponding holes, and in shape and orientation coinciding with the corresponding holes, reduces the effect of screening by the edges of the holes of the radiation fields of the currents flowing on the upper surface of the conductive inserts and, therefore, effectively increase the radiation with the smallest conductive dimensions inserts.

Например, при использовании в качестве излучающего кабеля коаксиального кабеля диаметром внутреннего проводника 8 мм, диаметром внешнего проводника в виде медной трубки 26 мм, диэлектрическим слоем из полиэтилена и отверстиями во внешнем проводнике диаметром 14 мм, согласно данным измерений с помощью стробоскопического осциллографа СК 7-18, используемого в режиме рефлектометра, размеры проводящих вставок 5 в виде медных цилиндров, обеспечивающих компенсацию неоднородностей, вносимых отверстиями, имели следующие значения: диаметр 5 мм, высота 6 мм. Нижняя часть проводящей вставки 5 может быть выполнена в виде винта, с помощью которого проводящая вставка 5 вкручивается во внутренний проводник 1 в предварительно выполненное резьбовое отверстие (фиг. 1, 2). Для обеспечения настройки кабеля на минимум отражений проводящие вставки 5 могут быть снабжены проводящими насадками 6, имеющими электрический контакт с проводящими вставками 5 и возможность продольного перемещения вдоль вставок 5. Проводящие насадки 6 могут быть выполнены в виде колпачков с внутренней резьбой (фиг.2). В этом случае на проводящих вставках 5 нарезается внешняя резьба. При настройке кабеля на минимум отражений, вкручивая проводящие насадки 6, добиваются компенсации выбросов от неоднородностей в виде отверстий 4 на рефлектограмме. После настройки кабеля полости над проводящими вставками 5 заполняются диэлектриком, аналогичным диэлектрику диэлектрического слоя 2, затем герметизируются отверстия 4 во внешнем проводнике 3. For example, when using a coaxial cable with an inner conductor diameter of 8 mm as a radiating cable, an outer conductor with a diameter of 26 mm as a copper tube, a dielectric layer of polyethylene and holes in the outer conductor with a diameter of 14 mm, according to measurements using a SK 7-18 stroboscopic oscilloscope used in the OTDR mode, the dimensions of the conductive inserts 5 in the form of copper cylinders, providing compensation for the inhomogeneities introduced by the holes, had the following values: diameter 5 mm, height that of 6 mm. The lower part of the conductive insert 5 can be made in the form of a screw, with which the conductive insert 5 is screwed into the inner conductor 1 into a pre-made threaded hole (Fig. 1, 2). To ensure that the cable is tuned to a minimum of reflections, the conductive inserts 5 can be equipped with conductive nozzles 6, which are in electrical contact with the conductive inserts 5 and can be longitudinally moved along the inserts 5. The conductive nozzles 6 can be made in the form of caps with an internal thread (Fig. 2). In this case, an external thread is cut on the conductive inserts 5. When setting the cable to a minimum of reflections, screwing the conductive nozzles 6, they achieve compensation for emissions from inhomogeneities in the form of holes 4 on the trace. After adjusting the cable, the cavities above the conductive inserts 5 are filled with a dielectric similar to the dielectric of the dielectric layer 2, then the holes 4 in the outer conductor 3 are sealed.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества: уменьшение коэффициента стоячей волны за счет введения во внутренний проводник кабеля радиальных проводящих вставок, позволяющих скомпенсировать неоднородность внешнего проводника введением неоднородности противоположного знака, и, одновременно, повышение уровня и равномерности уровня излучения, благодаря изменению пути высокочастотного тока центрального проводника и приближения его к плоскости отверстий. Thus, the proposed technical solution provides the following advantages compared to the prototype: reducing the standing wave coefficient by introducing radial conductive inserts into the inner conductor of the cable, which make it possible to compensate for the heterogeneity of the outer conductor by introducing heterogeneity of the opposite sign, and, at the same time, increasing the level and uniformity of the radiation level, due to a change in the path of the high-frequency current of the central conductor and its approximation to the plane of the holes.

Claims

1. A radiating coaxial cable containing an inner conductor surrounded by a dielectric layer, and an outer conductor with holes, characterized in that the inner conductor contains radial conductive inserts located between the inner and outer conductors coaxially with the holes of the outer conductor, while the cross-sectional area of the radial conductive the inserts are smaller than the areas of the corresponding holes of the outer conductor, and the shape of the cross sections and the orientation of the radial conductive inserts coincide with the shape and the orientation of the corresponding holes of the outer conductor.

2. The cable according to claim 1, characterized in that the radial conductive inserts are made with conductive nozzles having electrical contact with them and the possibility of longitudinal movement along the radial conductive inserts.