赛派号

电磁波在传输线上的传输速度 光速 无线电波在介质中的传播速度计算公式和印刷电路板(PCB)的特性阻抗与特性阻抗控制

                无线电波在介质中的传播速度计算公式

    首先介绍介质天线,

介质天线是为了使接收天线小型化而设计的。所以有必要了解一下电磁波在不同介质中的传播速度的计算方法,以便于确定不同介质材料中天线振子的长度。

无线电波的波长=传播速度÷频率,用符号表示为:

λ=V/f

根据电磁波理论,无线电波的传播速度V计算公式如下:

V=1/√με

传播速度取决于介质的导磁系数u和介电常数ε,所以在真空中的传播速度是:

C=1/√μ0ε0=3*10^5 公里/秒

在空气中的传播速度是:

V=C/√ε’

ε’为空气相对介电系数。

注:电磁波在空气中的传播速度略小于真空中的传播速度,但在一般计算中都以每秒30万公里计算。

由上式可知电磁波在任意介质中的传播速度Vε为:

Vε=V/√εr

εr是介质的相对介电常数。

电磁波在介质中的波长λε为:

λε=λ/√εr

各种介质的介电常数一般都大于1,也就是比在空气中的传播速度慢,波长更短。根据这个原理就可以制作出小型化的天线,比如将天线放在装满纯水的容器中,就可以大幅减小天线尺寸,因为纯水(蒸馏水)的相对介电常数达到82

                       印刷电路板(PCB)的特性阻抗与特性阻抗控制

1、电阻

交流电流流过一个导体时,所受到的阻力称为阻抗 (Impedance),符合为Z,单位还是Ω。

此时的阻力同直流电流所遇到的阻力有差别,除了电阻 的阻力以外,还有感抗(XL)和容抗(XC)的阻力问题。

为区别直流电的电阻,将交流电所遇到之阻力称为阻抗 (Z)。

Z=√ R2 +(XL -XC)2

 

2、阻抗(Z)

近年来,IC集成度的提高和应用,其信号传输频率和速 度越来越高,因而在印制板导线中,信号传输(发射)高到 某一定值后,便会受到印制板导线本身的影响,从而导致传 输信号的严重失真或完全丧失。这表明,PCB导线所“流通”的“东西”并不是电流,而是 方波讯号或脉冲在能量上的传输。

 

3、特性阻抗控制(Z0 )

上述此种“讯号”传输时所受到的阻力,另称为“特性阻 抗”,代表符号为Z0。

所以,PCB导线上单解决“通”、“断”和“短路”的问题还 不够,还要控制导线的特性阻抗问题。就是说,高速传输、高频讯号传输的传输线,在质量上 要比传输导线严格得多。不再是“开路/短路”测试过关,或者 缺口、毛刺未超过线宽的20%,就能接收。必须要求测定特性阻抗值,这个阻抗也要控制在公差以 内,否则,只有报废,不得返工。

 

二、讯号传播与传输线

 

1、信号传输线定义

 

(1)根据电磁波的原理,波长(λ)越短,频率(f)越 高。两者的乘积为光速。即C = λ.f =3×1010 cm/s

 

(2)任何元器件,尽管具有很高的信号传输频率,但经 过PCB导线传输后,原来很高的传输频率将降下来,或时间 延迟了。

因此,导线长度越短越好。

 

(3)提高PCB布线密度或缩短导线尺寸是有利的。但是,随着元件频率的加快,或脉冲周期的缩短,导线 长度接近信号波长(速度)的某一范围,此时元件在PCB导 线传输时,便会出现明显的“失真”。

 

(4)IPC-2141的3.4.4提出:当信号在导线中传输时,如果导线长度接近信号波长 的1/7时,此时的导线被视为信号传输线。

版权声明:本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌抄袭侵权/违法违规的内容, 请发送邮件至lsinopec@gmail.com举报,一经查实,本站将立刻删除。

上一篇 没有了

下一篇没有了