Электрические процессы в коаксиальных цепях

Основой коаксиального кабеля является коаксиальная пара. Коаксиальная пара - закрытая система, распространение поля в этой НС в радиальном направлении ограниченно и полностью сосредоточено в пространстве между проводниками (рис 4.3).

Рисунок 5.3 – Магнитное поле коаксиальной цепи

Особенности распространения электромагнитной энергии по коаксиальной цепи обуславливают возможность передачи широкого спектра частот. Взаимодействие электромагнитных полей внешнего и внутреннего проводников коаксиальной пары таково, что поле за пределами проводника практически отсутствует.

Токи в проводниках и равны по величине, но противоположны по направлению. Следовательно, результирующее магнитное поле вне коаксиальной пары равно нулю:

.

Действие поверхностного эффекта и эффекта самоэкранирования в коаксиальной цепи приводит к эффекту самоэкранирования, который иллюстрируется рис. 5.4.

Рисунок 5.4 – Эффект самоэкранирования в коаксиальной паре

Сущность эффекта самоэкранирования состоит в том, что рабочие токи сосредоточены на внутренней поверхности наружного проводника, т.е. коаксиальная цепь не создаёт помех соседним цепям. Токи помех, индуцированные внешними помехами, сосредоточены на внешней стороне внешнего проводника, т.е. они не индуцируют поле внутри коаксиальной пары. Эффект самоэкранирования объясняет незначительные взаимные влияния в коаксиальных цепях. С ростом частоты эффект самоэкранирования возрастает, а взаимные влияния уменьшаются, поэтому коаксиальные кабели используются на высоких частотах.

Разновидностью коаксиальных кабелей являются радиочастотные кабели, которые широко применяются в локальных сетях. Эффект самоэкранирования позволяет выполнять внешний проводник в виде оплетки, а не сплошным. Эти кабели используются на частотах до МГц, они обладают высокой помехозащищенностью, однако на высоких частотах имеют большое затухание.

В коаксиальной цепи распространяется ТЕМ–волна. Электрическое поле имеет составляющие и . Радиальная составляющая обуславливает наличие тока смещения в диэлектрике , продольная составляющая тока проводника. Кроме этих составляющих существует тангенциальная составляющая магнитного поля , которую порождает протекающий вдоль проводников ток проводимости .