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传输线基础知识有哪些 影响衰减的主要因素

线缆行业朋友分享圈 来源:线缆行业朋友分享圈 2023-07-17 10:55 次阅读

传输线基础知识(带着以下两个问题开始我们的学习交流之旅)

什么样的一条线才可以视为传输线?

什么样的情况下,线材的传输被视为高频传输?

电线电缆特性参数介绍

■参数名称:衰减,☞点击了解【你必须懂的参数之一【衰减(Attenuation)】;表示电磁波在均匀电缆上每公裡的衰减值,它由两部分组成,由於金属导体中的损耗而產生的衰减.

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衰减-Attenuation 單位–dB

高频电子讯号在传动时由於基本材料电阻,產生讯号强度(电压)降低以外,尚有因高频引发的Impedance,导致电子讯号强度再被降低,基本电阻的衰减取决於导体材质可称直流衰减,电容电感的衰减取决於频率高低可称交流衰减,且频率越高此衰减越严重.

定义:指输出端功率(Pout)比入射端功率(Pint)降低了多少,以dB(分贝)来表示。也可以是指输出电压(Vout)与入射电压(Vin)相比讯号损耗剩下多少,一般是用NA(网路分析仪)来量测,可由仪器直接量得,其公式如下:

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衰减常数(电线电缆手册一)

表示电磁波在均匀电缆上每公裡的衰减值,它由两部分组成,

由於金属导体中的损耗而產生的衰减;

由於介质中损耗產生的衰减

αn={[RLGL-ω­2LLCL+(RL+ω2LL2)(GL2+ωL ­2C2)1/2]/2} 1/2

在低损耗近似中,上式可近似為:

αn=(RL/Z0+GL*Z0)/2

从两个电压比值奈培数到同一比值的dB数之间存在一个简单的转换关係,如果两个电压的比值奈培数為rn,同样电压比值的dB数為rdB,由於它们等於相同的电压比,所以可以得到:

10rdB/20=ern rdB=rn*20loge=8.68*rn

所以传输线单位长度的衰减dB/长度為:

αdB=8.68αn=4.34(RL/Z0+GL*Z0)

注:αn表示衰减,為奈培/长度

αdB表示衰减,為dB/长度

RL表示导线单位长度串联电阻

CL表示单位长度电容

LL表示单位长度串联回路电感

GL表示由介质引起的单位长度并联电导

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Z0表示传输线特性阻抗,单位為Ω(传输线理论)

论上,这虽是频域中的衰减,但衰减却与频率没有内在联繫,然而事实上,在现实世界中,对於非常好的传输,由於趋肤效应的影响,单位长度串联电阻随著频率的平方根增加;由於介质损耗因数的影响,单位长度并联电导随著频率而增加,这意味著衰减也会随著频率的升高而增加,高频率正弦波的衰减要大於低频率的衰减.

单位元长度损耗由两部分组成,一部分是由导线损耗引起的衰减:αcond=4.34(RL/Z0),另一部分衰减与介质材料损耗有关:αdiel=4.34(GL*Z0),总衰减為:αdB=αcond+αdiel

随著频率的升高,介质引起衰减的增加速度要比导线引起衰减的增加速度快,那麼会存在某一频率,使得在这一频率之上时介质引起的衰减处於主导地位.

低衰减因素

低衰减可归於下列因素:

a.很大的中心导体直径

(d)或绝缘介电材质的直径。

介电材质能防止高频能量经由电阻成份散逸而保存的能力.介电材质散逸

係数越低, 代表其传递高频能量之能力越高.

b.中心导体直径或覆被低阻值.

c.低介电係数.

d.低的集肤效应深度.

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实际生产过程控制重点

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◐◑材料衰减:有电压的情况下,分子会產生摆动,摆动会產生热量,即而把部分能量转化為热能.

◐◑导体衰减:导体会发热,消耗的為热能.反射衰减:遇到材料不均匀点

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◐◑控制重点:设计关键点

☞阻抗,绝缘外径,导体外径,屏蔽状况

☞阻抗大—衰减小﹔

☞绝缘线径大—阻抗大—衰减小﹔

☞导体直径大—衰减小﹔

☞发泡度大—介电常数小—衰减小﹔

☞编织密度增加—衰减小﹔

☞编织+铝箔结构—衰减小﹔

☞铝箔厚度增加—衰减小﹔

◐◑控制重点:制造过程关键点

☞芯线的皮厚偏小----- 衰减增大

☞附著力不稳定及芯线外观不良粗糙-----衰减增大

☞芯线的绝缘材质-----介电常数小.衰减小.

☞导体的大小---导体偏小---衰减大

☞测试线材的长短---线长衰减大

☞测试的环境及线材的屏蔽效果(遮蔽率)----环境差---衰减大

不同线种的应用设计理论重点介绍【同轴线结构】

影响衰减的因素﹕阻抗﹑绝缘线径﹑导体直径﹑编织锭子数﹑每锭根数

■阻抗增大—衰减减小﹔

■绝缘线径增大—阻抗增大—衰减减小﹔

■导体直径增大—衰减减小﹔

■发泡度增加—介电常数减小—衰减减小﹔

■外导体变化的影响

■编织密度增加—衰减减小﹔

■编织+铝箔结构—衰减减小﹔

■铝箔厚度增加—衰减减小﹔

不同线种的应用设计理论重点介绍【对绞线结构】

影响衰减的因素﹕导体﹑绝缘介质﹑绝缘线径﹑对绞节距﹑对屏蔽松紧﹑对屏蔽厚度﹑成缆节距﹑总屏蔽﹑总屏蔽厚度﹑对内延时差.

■导体线径大—衰减小﹔导体绞合节距增大—衰减减小﹔

■导体绞合质量差(起股﹑松散﹑不圆整等)—高频衰减跳动。

■绝缘介质﹕发泡度增大—介电常数减小—衰减减小﹔

■绝缘线径﹕绝缘线径增大—阻抗增大—衰减减小﹔

■对绞节距﹕对绞节距增大—衰减减小﹔

■对屏蔽松紧

■铝箔绕包过紧—衰减增大﹔铝箔绕包紧—高频衰减无跳动﹔

■铝箔绕包过紧—高频衰减跳动﹔铝箔绕包松—高频衰减有跳动。

■铝箔绕包不平整—高频衰减跳动.

【衰减参数之系数的说明】

影响衰减的因素﹕在衰减参数的应用里面一般有两个系数比较重要,如附

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以下为常规手动测量和软件测试的图形供参考交流!

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小结建议

以上所写部分公式主要為理论知识,在实际制程中很少会根据这些公式来计算,在实际制中影响衰减的主要因素是阻抗,所以控制阻抗稳定是非常重要一个环节,这就要求在做导体时注意OD稳定、外观美观、无刮伤、凸起等会影响到阻抗的不良因素,对於芯线要求OD稳定、同心度高、表面光滑美观,绞线时要求绞距稳定、收/放线张力平衡,对於外被要求押出时不能过紧过松,所以只有做好线的每一个工段,才能保证阻抗变化不大,才能保证衰减较好 ,对于线缆研发工程师而言,不仅理论知识要掌握好,更重要的是理论结合实际来综合设计考量,今天晚上就谈到衰减,明天我们继续如以下次序!

责任编辑:彭菁

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原文标题:高频电线之制程参数关系科普

文章出处:【微信号:线缆行业朋友分享圈,微信公众号:线缆行业朋友分享圈】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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