大家好，我是廣元兄。很高興和大家分享傳輸線的相關(guān)知識。希望大家點(diǎn)贊，分享。有什么問題加微交流學(xué)習(xí)，微信號【SI_Basic】。
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之前文章有提到傳輸線的零階或一階模型，這都是基于理想情況下的模型。實(shí)際的信號在傳輸過程中是有損耗的，稱之為有損傳輸線。仿真分析時，要在鏈路搭建的模型中加入損耗，以準(zhǔn)確地預(yù)估接收的波形?？傊痪湓?，實(shí)際工作過程中，需要考慮損耗。
簡單點(diǎn)，損耗的分類：
篇幅問題，本文重點(diǎn)講導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗。
1.導(dǎo)體損耗
導(dǎo)線損耗是指信號路徑和返回路徑上的能量損耗，本質(zhì)上它是由導(dǎo)線的串聯(lián)電阻引起的。分為兩種情況：直流和交流。
直流時，電流在信號導(dǎo)線中均勻分布，電阻為：
公式可以看出：信號感受到的電阻取決于導(dǎo)線傳輸電流時的有效橫截面。
頻率越高，由于趨膚效應(yīng)的影響，電流流經(jīng)的導(dǎo)線橫截面就越小，電阻隨著頻率的升高而增加（一般來說，當(dāng)頻率變化時，銅和大多數(shù)金屬的電阻率是相當(dāng)恒定的）
導(dǎo)線的電阻近似為：
- R表示線電阻（單位為?）
- ρ表示導(dǎo)線的體電阻率（單位為??in）
- Len表示線長（單位為in）
- ω表示線寬（單位為in）
- δ表示導(dǎo)線的集膚深度（單位為µm）
有兩個概念需要延伸一下：
①公式中體電阻率也好，還是體電導(dǎo)率說的是材料的導(dǎo)電性。
由于物質(zhì)內(nèi)部存在傳遞電流的自由電荷，這些自由電荷通常稱為載流子，他們可以是電子、空穴、也可以是正負(fù)離子。在弱電場作用下，材料的載流子發(fā)生遷移引起導(dǎo)電。材料的導(dǎo)電性能通常用與尺寸無關(guān)的電阻率或電導(dǎo)率表示。說到底，體電阻率或體電導(dǎo)率是材料導(dǎo)電性的一種表示方式。
②趨膚效應(yīng)
對于直流而言，電流分布在導(dǎo)體的整個橫截面上。但是到高頻以后，電流分布變得不均勻。大部分電流會集中在導(dǎo)體表面附近，這種現(xiàn)象稱之為趨膚效應(yīng)。
趨膚效應(yīng)跟實(shí)際工作的對接是：在PCB加工過程中，靠近介質(zhì)那面的銅箔需要有一定的粗糙度，以產(chǎn)生附著力，連接介質(zhì)層。
如果趨膚深度比銅的粗糙度小，則大部分電流將在銅的粗糙部分中傳播（如下圖所示），會導(dǎo)致串聯(lián)電阻和導(dǎo)體損耗的增加。
趨膚深度其他知識這里就不展開了。后面有機(jī)會再講。趨膚效應(yīng)的理論之前認(rèn)為理解了，最近有學(xué)習(xí)微波方面的理論，才有點(diǎn)貫通的感覺。
知識真是越學(xué)越不懂啊。
2.介質(zhì)損耗
絕緣材料在電場作用下，由于介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)，在其內(nèi)部引起的能量損耗叫介質(zhì)損耗。
現(xiàn)實(shí)中的介質(zhì)材料都有相應(yīng)的電阻率。當(dāng)電容器兩電極平面之間填充實(shí)際材料并施加直流電壓時，將有直流電流通過，稱為漏電流。
微帶線上下導(dǎo)體近似成兩個平面，兩導(dǎo)體之間材料形成的漏電阻：
流過這個電阻的漏電流為
- I_leakage表示通過介質(zhì)的漏電流
- V表示施加的直流電壓
- R_leakage表示與介質(zhì)有關(guān)的漏電阻
- ρ表示介質(zhì)的體漏電阻率
- h表示信號路徑與返回路徑之間的介質(zhì)厚度
漏電流是流過電阻器的，材料將消耗能量并造成損耗。流過介質(zhì)的漏電流有兩種方式：
第一種方式是離子運(yùn)動，直流電流的機(jī)制。
第二種方式是材料中永久性偶極子重取向。電容器兩端施加電壓，電場的產(chǎn)生，使偶極子隨機(jī)取向變得有規(guī)律性，看起來像短暫的電流流過介質(zhì)。
外部場變化時，介質(zhì)中永久性偶極子的重取向形成流過介質(zhì)的交流電流
介質(zhì)耗散因子
雖然集膚深度也用希臘字母δ表示，但耗散因子定義中的角度與集膚深度是相互獨(dú)立，完全無關(guān)的。
tan(δ)所指的東西都不重要。它僅是一個材料特性，這一特性與材料中自由位移的偶極子數(shù)目和偶極子隨著頻率升高后位移的大小有關(guān)。
總結(jié)一下：
在實(shí)際工作中，什么時候考慮導(dǎo)體損耗？什么時候考慮介質(zhì)損耗呢？這得實(shí)際情況實(shí)際分析。做技術(shù)得有追問的習(xí)慣，所以看下面視頻的講解吧：