книги / Междугородные кабельные линии связи

кладке в земле, удобны при изготовлении и при эксплуатации; их легко собрать и разобрать путём свинчивания и, если надо, прочи­ стить. В электрическом отношении круглые трубы оказались удоб­ ными в части образования электромагнитных волн цилиндрической формы, которые наилучшим образом распространяются вдоль тру­ бы по внутренней её части.

Исследования круглых труб в отношении использования их для передачи радиоволн показали, что для распространения сантимет­ ровых волн требуются строго прямолинейные трубы. Малейшее от­ клонение от прямолинейности приводит к резкому ухудшению пере­ дачи. Всякого рода неоднородности в строении трубы (шероховато­ сти, овальности, стыки и т. п.) также в сильной мере влияют на за­ тухание волн. Перечисленные выше вопросы, а также вопросы уси­ ления сигналов, разделения каналов и выбора способа модуляции находятся ещё в стадии разработок.

Предварительные результаты Этих разработок свидетельствуют о том, что радиоволны сантиметрового и миллиметрового диапазо­ нов при определённных условиях могут распространяться по изо­ гнутым волноводам. Расстояние между усилительными станциями может быть достигнуто 50 км. Диаметр медной трубы при этом со­ ставляет 50—60 мм.

По указанному волноводу имеется полная возможность переда­ вать волны длиной 6—8 мм, что соответствует диапазону частот от 40 00® до 60 000 Мгц. В этом диапазоне частот могут быть размеще­ ны, например, 100 телевизионных и около 100 000 телефонных кана­ лов. Одно только упоминание этих цифр уже заставляет заинтере­ соваться изучением волноводной техники.

8.2. ТИПЫ ВОЛН

При рассмотрении симметричных и коаксиальных кабелей мы уже пользовались понятием напряжённости магнитного или элект­ рического поля. Для одиночного проводника структура электромаг­ нитного поля имеет вид, показанный на рис.-8.1. Напряжённость электрического поляимеет направле­ ние вдоль радиуса г, а поэтому обозна­ чена Ег, а напряжённость магнитного поля имеет направление по касатель­ ной к окружности (циркулярной оси ф), а поэтому обозначена На . Со­

Поперечное электромагнитное поле имеет место в коаксиальном кабеле.

При распространении электромагнитного поля по волноводу воз­ никают два типа волн: волна типа Е и волна типа Я.

Волна типа Е имеет три составляющие электрического поля — Ег, Ет и Е?— и две составляющие магнитного поля Я г и На ,

причём Нг= 0. Составляющая Ег в этом типе является определяю­ щей.

В поперечной плоскости расположено магнитное поле Нг, Н9, а

поэтому волну типа Е называют ещё поперечно-магнитной волной. Волна типа Н имеет три составляющие магнитного поля — Я2>

Нтк Я ? — и две составляющие электрического поля — Ет и ЕаХ ,

причём Ег =0. Этот тип волны называют также поперечно-электри­ ческой волной.

Волны типа ЕН относятся к основным волнам, волны типа Е и типа Я относятся к волнам высшего порядка, а поэтому они сопро­ вождаются обычно двойным индексом, показывающим порядок волны, например Е01, Е\Ъ Я0ь Яц и т. п.

Волна типа Ещ имеет структуру, показанную на рис. 8.2а. В этой структуре имеется как бы один полюс, куда сходятся электри-

Рис. 8.2. Структура полей различных волн в поперечном сечении волновода

ческие силовые (сплошные) линии. На самом деле они не кончают­ ся здесь, а только концентрируются и, меняя своё направление, идут затем вдоль оси волновода (рис. 8.3а). Поле в этом случае имеет три составляющие: Ег, Ег и Я^ .

Волна типа Еи имеет структуру, показанную на рис. 8.26. Эта структура характерна тем, что в ней имеют место два полюса, в ко­ торых концентрируются силовые линии электрического поля.

Структуры волн типа Я01 и Яц показаны соответственно на

дольная составляющая Я г волны типа Я01.

При рассмотрении вышеуказанных структур четырёх типов волн следует обратить внимание на следующее. Силовые линии электри­ ческого поля в случаях волн типа Яоь Яи и Яц в значительной сво-

120

ей части замыкаются через стенки волновода; в одном случае (Нц} они замыкаются в поперечной плоскости, в другом случае — в диа­ метральной плоскости (на рис. 8.3а — Ег). Силовые же линии элек­ трического поля Е 9 в случае волны типа # 0 1 в значительной своей

части совсем не проходят через стенку волновода и только отдель­ ные силовые линии Е на периферии соприкасаются с внутренней

поверхностью трубы. При этом, чем выше частота колебаний, тем

Рис. 8.3. Структура полей в продольном сечении волновода

ближе к оси волновода смещается большая часть силовых линий № тем меньше силовых линий Е9 остаётся на периферии.

Отмеченная отличительная сторона волны типа Н01 благоприят­ но сказывается на тепловых потерях. Известно, что тепловые поте­ ри в стенках волновода пропорциональны квадрату тока и обратней пропорциональны проводимости материала, а так как ток в стенках пропорционален количеству силовых линий электрического поля,, то, следовательно, тепловые потери пропорциональны квадрату чис­ ла силовых линий, проходящих по^ стенкам волновода. Пользуясь этими элементарными зависимостями, можно утверждать, что вол­ на типа # 01, 'распространяясь по волноводу, затрачивает энергию на тепло в- меньшем количестве, чем другие типы волн, и, главное, чем выше частота колебаний, тем потери на тепло должны быть меньше.

На рис. 8.4 показаны частотные характеристики коэффициентов; затухания волн различного типа для круглого волновода диаметром 10 см. Из анализа этих кривых следует, что затухание волны типа #01 резко снижается с возрастанием частоты колебаний, в отличие от затухания волн других типов. Это свойство волны типа Н0\ ставит её в весьма выгодное положение. Связь на волне типа #01 может осуществляться в широком диапазоне частот с весьма небольшим коэффициентом затухания. Основное положительное свойство вол­ ны типа #01 состоит в том, что если налажена связь по волноводу на относительно низкой частоте, то при расширении диапазона ча­ стот перераспределения усилительных пунктов уже не потребуется.

т

увеличить её, необходимо сверх слоя плоских проволок наложить, ещё одну-две плоские проволоки во встречном направлении.

О долговечности спиральных волноводов в настоящее время трудно что-либо сказать, однако есть основания предполагать, чтотакие пластикаты, как полиэтилен, полихлорвинил и полиизобути­ лен, вполне обеспечат срок службы в 30 лет.

Стабильность работы спирального волновода, видимо, ничем небудет отличаться от других типов волноводов, так как возможность, воздействия влажности и газов на внутреннюю поверхность во всех

угольного сечения, сложенных почти рядом друг с другом и Обра­ зующих тем самым пустотелую трубку. Для скрепления колец свер­ ху накладывается шланг из пластмассы. Такой волновод является подобным во всём спиральному волноводу. Однако изготовление круглых колец и их правильное распределение внутри шланга яв­ ляется задачей сложной в технологическом отношении. Гибкость кольцевого волновода такая же, как и у спирального волновода, затухание несколько меньше, чем у спирального, но больше, чем у жёсткого волновода; долговечность (механическая), устойчивость, стабильность примерно такие же, как и у спирального волновода. Стоимость кольцевого волновода будет больше, чем стоимость спи­ рального волновода, так как изготовление его намного сложнее изза необходимости выдерживать большую точность по конструктив­ ным допускам.

Комбинированный волновод состоит из круглых металлических труб и изогнутых сочленений, причём изогнутые сочленения могут быть установлены только в местах изменения направления трассы.

Основное достоинство жёсткого (цельнометаллического) волно­ вода состоит в большой устойчивости и низком затухании.

Большую устойчивость в механическом отношении дают сталь­ ные трубы, однако они дают большое затухание. Для того чтобы получить затухание, соответствующее медным трубам, необходимо стальные трубы внутри покрывать тонким и ровным слоём меди.

Изгиб биметаллических труб не допускается, так как от изгибов в сильной мере зависит затухание передаваемых волн. Для того чтобы делать вынужденные изгибы, можно применять гибкие со­ членения, выполненные из отрезков спирального волновода или ку­ сков кольцевого волновода. Как уже указывалось, при изгибе спи­ ральных и кольцевых волноводов волна Н0\ затухает незначитель­ но по сравнению с цилиндрическим волноводом.

Устройство такого комбинированного волновода требует значи­ тельного числа стыков, так как строительная длина биметалличе­ ских труб при всём желании не может быть более 5—6 м, в то вре­ мя как строительная длина спирального или кольцевого волновода достигает 200—300 м. Следовательно, число стыков в комбиниро­ ванном волноводе в 40—50 раз больше, чем в гибких волноводах,

124

В олновое сопротивление волновода рассчиты вается по ф орм уле

чёт конструктивны х элем ентов волновода.

8.5. Л И Н И Я П О В Е Р Х Н О С Т Н О Й В О Л Н Ы

В последнее время появилась ещё одна разновидность волново­ дов — линия поверхностной волны (ЛПВ). ЛПВ представляет со­ бой воздушный биметаллический провод, покрытый слоем полиэти­ лена и подвешенный на столбах. Крепление ЛПВ к столбам произ-

126