излучающий коаксиальный кабель

Формула изобретения

1. Излучающий коаксиальный кабель, содержащий внутренний проводник, окруженный диэлектрическим слоем, и внешний проводник с отверстиями, отличающийся тем, что внутренний проводник содержит радиальные проводящие вставки, расположенные между внутренним и внешним проводниками соосно с отверстиями внешнего проводника, при этом площади поперечных сечений радиальных проводящих вставок меньше площадей соответствующих отверстий внешнего проводника, а формы поперечных сечений и ориентация радиальных проводящих вставок совпадают с формой и ориентацией соответствующих отверстий внешнего проводника.

2. Кабель по п.1, отличающийся тем, что радиальные проводящие вставки выполнены с проводящими насадками, имеющими с ними электрический контакт и возможность продольного перемещения вдоль радиальных проводящих вставок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для обеспечения бесконтактной связи с абонентами, и в качестве излучателя в системах контроля антенн.

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.

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.

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.

Тогда при введении металлических вкладышей в осевые отверстия диэлектрических стержней можно получить полную компенсацию последовательной индуктивности углублений суммарной емкостью диэлектрических стержней и металлических вкладышей.

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.

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.

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.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение коэффициента стоячей волны и повышение уровня и равномерности излучаемой мощности.

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).

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).

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.

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.

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.

Так как коаксиальный излучающий кабель благодаря этому приобретает новые свойства, то предложенная совокупность признаков удовлетворяет критерию "существенные отличия".

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.

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.

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.

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.

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.

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.