首页 > 其他分享 >5-非理想导体情形下的传输线特性

5-非理想导体情形下的传输线特性

时间:2024-06-20 20:32:00浏览次数:25  
标签:传输线 电阻 损耗 可以 特性 趋肤深度 导体

Nonideal Conductor Models

1. 在非闭合导体中传播的信号

1.1 传播常数

从Maxwell‘s Equations可以导出如下旋度方程:

image-20240620102558509

更进一步的,可以将介电常数展开成频变的

image-20240620102801302

这里方程等号右边的项整体会被视作$\gamma^{2}$,由于该项前面的$j\omega$,括号内的虚部最终会导致信号的衰减,实部会导致相位常数的变化。

对于一个金属导体来说,介质损耗是不存在的,因此可以得到传播常数:

image-20240620103427466

image-20240620103534643

1.2 趋肤深度

将频域下在金属导体中传播的波函数转换成时域形式,可以得到:
image-20240620103704633

趋肤深度的定义就是当电磁波的赋值衰减为$e^{-1}$时对应的深度,对于良导体来说,有

image-20240620103831280

从而可以推导出趋肤深度为:

image-20240620103911747

image-20240620104005525

2. 传输线的经典导体模型

2.1 直流损耗 (DC Resistance)

经典的电阻公式:

image-20240620104234195

2.2 频变损耗 (AC Resistance)

2.2.1对于微带线来说

image-20240620104443820

image-20240620104453763

  • 对于趋肤深度近似的讨论

image-20240620104835341

image-20240620104850900

  • 电阻曲线

image-20240620104959762

可以看到电阻曲线先不变,然后会产生一个跳变。但在现实中,这种跳变是不存在的,采用平方开根号的方法来平滑曲线:

image-20240620105257641

除了信号线之外,地的电阻也应当被考虑。

image-20240620105524100

image-20240620105535500

地上的电流密度满足上述关系,可以看到h越小d的系数就越大,电流密度随着位置远离中心点变化也越剧烈,说明电流越集中。通常选取w=6h去计算地上的电阻:
image-20240620105904659

所以微带线的完整的交流电阻应为:

image-20240620105941802

2.2.2 Stripline

image-20240620110543935

将Stripline看成是两个微带线并联,其电阻就可使用电路的知识得到:

image-20240620110551600

2.3 频变电感

趋肤效应的另一个结果:导致频变的电感值。

在低频时,电流分布在整个导体内,高频时电流由于趋肤深度被挤到导体表面。

image-20240620192646838

根据电感的定义:

image-20240620192714545

随着loop的减小,电感值会受到影响。

完整的电感值可以被分为两个方面,其数学表达式为:

image-20240620194955620

对于良导体来说,位移电流可以忽略不计,因此,磁场的旋度定理可以被简化为:

image-20240620195120554

结合电场的旋度定理,利用双叉乘恒等式可得二阶偏微分方程:

image-20240620195227347

设定J沿着z方向,偏微分只对x作偏导,可以得到:

image-20240620195341921

完整的电流可以使用积分积出来:

image-20240620195433783

从而可以引出一个表面阻抗的概念:

image-20240620195503468

image-20240620195531743

从(5-28)这个式子中我们可以看到,表面阻抗的实部和虚部是一样的,其可以有另一种表达形式:

image-20240620195627300

令(5-28)和(5-29)相等,可以得到:

image-20240620195657277

至于Lexternal,利用传输线的特征阻抗和相速度可以求得:

image-20240620200056240

image-20240620200001033

2.4 良导体表面吸收的功率

image-20240620200335565

3. 粗糙度对损耗的影响

image-20240620200554986

当趋肤深度和粗糙度的齿深接近时,对损耗的影响比较大。从电阻的角度来说等效的电流路径变长了,从而导致电阻变大,损耗变大。

总之总的趋势就是损耗会变大,粗糙度越高,损耗相比于光滑金属导体就越大。

4. 非理想导体传输线的一些参数

image-20240620202239327

image-20240620202300288

image-20240620202318521

  • 对应的电报方程:image-20240620202340849

标签:传输线,电阻,损耗,可以,特性,趋肤深度,导体
From: https://www.cnblogs.com/yihaomaxwell/p/18259477

相关文章

  • 重学java 79.JDK新特性 ⑤ JDK8之后的新特性
    别怕失败,大不了重头再来                          ——24.6.20一、接口的私有方法Java8版本接口增加了两类成员:        公共的默认方法        公共的静态方法Java9版本接口又新增了一类成员:......
  • 新媒体舆论的特性有哪些
    新媒体舆论具有多个鲜明的特性,主要体现在以下几个方面:1.交互性:新媒体提供了双向甚至多向的沟通交流平台,使得信息的传播不再是单向的。公众可以通过各种新媒体平台表达自己的观点和看法,形成互动式的舆论场。2.即时性:新媒体舆论的传播速度极快,几乎可以实时更新和传递信息。无......
  • 【计算机网络仿真】b站湖科大教书匠思科Packet Tracer——实验3 总线型以太网的特性(广
    一、实验目的1.验证总线型以太网的特性;2.验证广播特性;3.验证各主机对总线的竞争使用以及可能产生的碰撞。二、实验要求1.使用CiscoPacketTracer仿真平台;2.观看B站湖科大教书匠仿真实验视频,完成对应实验。三、实验内容1.构建网络拓扑;2.配置网络设备;3.跟踪并查看......
  • 半导体芯片设计企业最关注的EDA数据安全问题,可以这样落地
    半导体芯片设计企业一直以来都面临着两个非常严峻的目标:严格的质量要求和紧迫的上市时间。人工智能(AI)和高性能计算(HPC)等计算密集型应用对芯片的要求更高,但留给芯片设计和验证的周期却不增反降。而且不断增长的成本也在逐渐压缩企业利润。EDA上云可以很大程度上减轻这些挑战......
  • UML:用例图的扩展点特性详解
    引言UML(统一建模语言)用例图是一种常用的系统建模工具,它可以帮助我们直观地表示系统的功能和用户的交互。这里将重点讲解UML用例图中的扩展点(ExtensionPoint)特性,通过具体示例深入理解这一概念。什么是扩展点?扩展点是UML用例图中的一个重要概念,它允许我们在用例的基础上添......
  • 【Python】类和对象高级特性
    目录前言类变量与实例变量类方法静态方法私有属性和方法多重继承元类描述符总结前言在前一篇文章中,我们讨论了Python类和对象的基本概念。本文将深入探讨一些高级特性,这些特性可以帮助你更有效地使用Python进行面向对象编程。类变量与实例变量类变量是属于......
  • vector的特性及使用
    1、 vector的定义:单独定义一个vector的形式为:vector<typename>vector; 1.如上定义其实相当于一个大小可变化的序列容器,即变长数组。2.vector采用连续的储存空间来储存元素,意味着可以通过下标来访问元素,和数组一样高效,但是又比数组更优秀,它的大小是可以动态改变的,而且......
  • JavaScript ES6 新特性探索:Proxy 解锁编程新境界
    个人主页:学习前端的小z个人专栏:JavaScript精粹本专栏旨在分享记录每日学习的前端知识和学习笔记的归纳总结,欢迎大家在评论区交流讨论!ES5、ES6介绍文章目录......
  • C++ 20新特性之原子引用
    ......
  • 系统地学习Lua编程语言,掌握其基础知识并应用于实际项目中;Lua编程语言中级开发的大纲,涵
    学习Lua编程语言的初级开发大纲可以帮助你系统性地掌握这门语言的基础知识。下面是一个详细的大纲,从基础语法到基本的编程概念,再到一些实用的库和工具。Lua初级开发大纲1.Lua简介Lua的历史与特点Lua的应用场景安装与配置Lua环境2.基础语法注释:单行注释和多行注释......