高频参数基础篇08-绝缘介电系数

电磁波在电缆中确实不是在导体“内部”传播(由于电磁屏蔽效应),它的确是在绝缘介质中传播的.

不过实际中的导体都有电阻,都有些绝缘体的效果,所以电磁屏蔽并不彻底,还是会有电磁波射进去的.(只有电阻严格为零的理想导体中,电磁波会全部被屏蔽在外,射不进去,也就是会被全部反射出去.)

那么为什么还要用导线,而不是直接用绝缘体来传输电能呢?那是因为导体对电磁场有一种“引导作用”,使电磁场的能量集中于导体附近而传播到指定的地方.

再说速度.

电磁波在每种介质中都有一个速度(均小于真空中的速度),不过在每种介质中也都存在衰减.在电缆中也不例外,实际上电磁波既在绝缘材料中传播,也在导体中传播(不是理想的导体,有电阻的哦~;理想导体的话就传播不进去…).只不过在导体中传播不了多远就几乎衰减完了(你可以用一块很薄的导体来测一下,应该能穿透,呵呵……),所以看起来只受绝缘材料的影响了.

强调一点,电磁波的传播过程 是一种 电磁场与导体和绝缘介质 “相互作用的复杂过程”,是一个动态过程.

绝缘介质并没有对电缆导体的电磁波 传播特性 产生直接的影响.

08

绝缘介电系数

素材准备(一些常见物质的介电系数):

素材准备(一些常见物质的导磁系数):

介电常数(Dielectric Constant): 介电常数定义为电力线密度与电场强度的比值,在dielectric material(一般用的塑胶)中,介电常数越小,电容的效应越小,电磁波通过的速率越快,目前测量介电常数的方法主要有集中电路法、传输线法、谐振法、自由空间波法等等,其中,传输线法、集中电路法、谐振法等属于实验室测量方法,测量通常是在实验室中进行,要求具有相应的样品采集技术,另外对于已知介电常数材料发泡后的介电常数通常用经验公式得到,量测的方法如下:

导电系数( conductivity)

物质导电的能力,导电系数越大,电阻越小,相当于机械方面的IACS係数.

Velocity:电磁波在介质内的传输速度取决于介质的介电系数(permittivity),及导磁系数(permeability),如下式:

在真空中:

可见电磁波在真空中是以光速在前进,假如电磁波在介质中传播,我们必需知道介质的相对介电系数及相对导磁系数,以推算电磁波在介质内的传递速度,举例而言,电磁波在SCSI Cable 内的传递速度为:(选用发泡PE绝缘材料,介质系数 2.3,铜导体的导磁系数1)

介质的导电说明

在低频时,介质的导电率低,故其流经的电流很小,然而,在高频时,介质内会被导入电流而有损耗,低频看导体,高频看绝缘,就是这样来分析而来的语句,在部分用在基站,有多种设备间的相互干扰的时候,介质的影响也是存在的,由于导体对导体会形成多种磁场,电磁场散逸在空气中或介质而会损失能量,也就是EMI中的辐射干扰(另一种是经由电流影响其他装置的传导干扰),这能量若耦合到其它装置就造成干扰,若辐射损耗要小,则屏蔽效果要做好,在部分测试屏蔽阻抗的要求的线材时候,会更多考虑绝缘介质的影响.

现今介电常数的影响也更多的让研发重视,其对应的测量技术现在正在不断进步和日益完善,不同的工程要求和实验环境要有具体的选择物料的方法,不可以照葫芦画瓢,生搬硬套,可以DOE阶段进行多种验证.

09

其它参数汇总说明

频域 Frequency  Domain:以讯号的传输频率来描述讯号特性

时域 Time  Domain:以一个讯号的传输时间来描述讯号特性

频域应用计算在讯号传输的波长,一个讯号具体传输波长,与传输数率与介质的介电係数有关,简单记法是频率1G时波长 =30公分(真空中速率),除以介电係数就是在当量材质的传输波长。

时域在高频应用在评估传输的讯号品质,频率1G 的讯号时间是1 ns=1000ps

增益 ---Gain   单位  dB

自然界没有不借助外力而能将一个单量进行放大的能力,外力的来源分几何方式与外加能源方式两大类。几何方式就是以增加长度、面积或体积,如天线加长或加大电波截断面积来达到讯号收集放大;外加能源方式运用在电子电路用电晶体(三极体)真空管或用Relay以小讯号控制大电流或将讯号放大。

以电子信号连续性分有   Analog类比式

Digital数码式

Analog ---传统自然界存在的讯号模式,具有连续性如声音跟视觉影像

Digital ---以二进位编码将Analog转换,利于电脑作业

一般视觉/ 听觉/味觉的讯号都是连续性的

类比转数位(码)有编码级数(Bits)与取样密度(Clock)两项参数

1---切割越细(编码bits越高),资料越大失真越少。(CD片音质优于MP3音质)

2---取样时间越密(扫描Clock越高),资料越大失真越少。(电影片30FPS优于电视卡通24FPS,动作较顺畅)

3---资料量越大传输损耗越大,能源需求越高,储存空间越多,传输媒体要求越高数码式信号以传输方式分Parallel并排式

Serial 序列式

Parallel ---将一个数码节(Byte)分给数条并排的不

同讯号线,将数据传输的方式。

Serial ---将一个数码节直接用单一条(对)讯号线,

将数据传输的方式。

爬昇时间 ---Rise Time   单位 – ps

单一个最小对讯号以TDR(Tome Domain Reflect meter)测试讯号由0电压爬昇到测试电压所需的时间。爬昇时间越快则可传输较高的频率,相对较慢则无发传输高的频率,相对的还有一个是下降时间(Fall Time),但基本上两者时间约为相等,爬升与下降时间相加不可大于一个1/2讯号传输时间

下一集

传输线理论详解

END

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