В этой статье изучается вопрос, на какое расстояние от предметов с потерями следует отодвигать двухпроводную линию.

Поле вокруг двухпроводной линии

В отличие от коаксиального кабеля, в двухпроводной линии поле сосредоточено не только между проводами, но и вокруг них. Поэтому такую линию надо отодвигать от предметов с потерями во избежание возрастания потерь в самой линии.

Но на сколько отодвигать? В литературе встречается довольно туманное указание, что в  круге  с радиусом  3...5 расстояний между проводами линии не должно быть ничего, что способно внести потери. Однако остаются вопросы: все-таки 3 или 5? Какова разница потерях? Одинаково ли это расстояние в любом направлении, ведь линия в сечении вытянутая?

Эти вопросы были изучены при помощи окна ”Ближнее поле rdquo; программы MMANA-GAL PRO (аналогичное окно имеет и программа GAL-ANA). Исследовалось поле в поперечном сечении вокруг двухпроводной линии с волновым сопротивлением 500 Ом. Проводники линии диаметром 1 ,5 мм на расстоянии 6 см друг от друга. Исследовалось распределение поля по поперечной плоскости размерами 1 х 1 м.

На следующем рисунке показано распределения магнитного поля вокруг линии. Частота 12,5 МГц, КСВ = 1, передаваемая мощность 1 кВт. Линия пересекает плоскость рисунка в центре и идет по оси Z. Провода линии отстоят друг от друга по оси X.

 

Первый результат: уже при совсем небольшом удалении поле круглое. Оно не вытягивается вслед протяженности линии (6 см) по оси Х. 

Второй результат: до уровня – 30 дБ  (светло-голубой цвет на шкале) поле убывает только при удалении от центра на 50 см, т.е. на 8... 9 расстояний между проводами линии (6 см). Более отчетливо это видно на следующем рисунке. На нем показано то же самое, что и на предыдущем, но в объеме, высота фигуры пропорциональна напряженности поля.

Изучим более подробно вопрос о допустимом расстоянии линии от предметов с потерями.  Для этого вспомним, что суммарные потери двухпроводной линии состоят из потерь тепловых, и потерь на излучение. Линия немного излучает, и эта мощность безвозвратно уходит в эфир, не доходя до нагрузки.

Как у любой излучающей антенны, поле линии разделяется на дальнюю (волновую) и ближнюю (реактивную) зоны. Для линии разница между ними еще и в том, что предметы с потерями в дальней зоне не увеличивают омических потерь в линии (электромагнитная волна все равно уходит, а уж куда она потом делась, с точки зрения потерь неважно, из линии в любом случае отбирается на это одинаковая мощность). А вот потери в ближней зоне увеличивают омические потери в линии.  Дело в том, что если в ближней зоне нет предметов с потерями, то реактивная энергия этой зоны не отбирает активную мощность из линии.  В этой зоне мощность реактивна (вектора Е и Н перпендикулярны друг другу). Но если мы в эту зону поместим предмет с потерями он переведет часть реактивную мощности в тепловые потери на нагрев этого предмета, а активную мощность на нагрев отберет из линии.

Таким образом, потери линии в дальнюю  (волновую) зону фиксированы и не зависят от того, что находится в этой зоне. А в ближней зоне в норме потерь нет. Но они появляются, если там оказывается предмет, который можно нагреть. Поэтому с точки зрения расположения двухпроводной линии важно знать радиус ближней зоны. И в этом радиусе обеспечить чистое пространство вокруг линии.

Как известно из теории антенн четкой границы между ближней и дальней зонами нет. Поле плавно меняет свои характеристики от расстояния. Но отличить ближнюю зону от дальней легко. В ближней зоне напряженность поля убывает пропорционально 1/r2, где r – расстояние от антенны. А в дальней намного медленнее, как 1/r.

Следовательно, изучая графики распределения поля  надо найти расстояние при котором резкий квадратичный спад меняется плавным, линейным. Посмотрим плоские графики распределения поля по осям Х и У. Это построенные в плоском виде срезы, показанные на втором рисунке в этой статье.


На этих рисунках видно,  что резкий спад меняется на плавный, при расстоянии от центра линии 0,4 ... 0,6 м. Это размытая граница ближней зоны, наличие проводящих предметов в которой приведет к возрастанию потерь в исследуемой линии.  То есть ближняя зона двухпроводной линии представляет собой цилиндр, с радиусом 7...10 расстояний между проводами линии.

Таким образом, двухпроводная линия обязана быть удалена от предметов с потерями не менее, чем на 7... 10 расстояний между ее проводами. Это больше, чем принято считать в литературе (3...5). Но по приведенным графикам отчетливо видно, что 3 расстояния (0,18 м) это еще ближняя зона во всей красе своего резкого спада, а 5 (0,3 м) – только самое начало перехода к дальней зоне. Увеличение свободного места вокруг двухпроводной линии свыше 10 расстояний между ее проводами лишено практического смысла – потери уменьшаться дальше не будут, ибо ближняя зона там уже полностью закончилась.



На главную - Main page