各位圈內(nèi)朋友,本期為《高壓連接器電磁屏蔽測試》系列文章第三期。 在第一期中我們提到,當(dāng)頻率很高時,屏蔽效率波形出現(xiàn)震蕩,如下圖所示:
在這一期中,我們將就這一現(xiàn)象進行深入分析,以窺視其中的奧妙。
低頻信號的傳輸
我們再次拿出轉(zhuǎn)移阻抗的基本原理圖為例:
Z1,Z2:分別是內(nèi)外電路的特征阻抗
U1,U2:分別是內(nèi)外電路的電壓(n:近端,f:遠端)
I1:內(nèi)電路的電流(n:近端,f:遠端)
l :耦合長度
Iλ:真空波長
我們發(fā)現(xiàn),只需要使用加減乘除四則運算,就可以用來分析我們傳統(tǒng)的低頻電路了,不光簡單易懂,而且物理圖像也很清晰。
那么高頻時會是怎樣呢?
高頻信號的電路模型:傳輸線方程
傳輸線方程也稱電報方程。在溝通大西洋電纜(海底電纜)時,開爾芬首先發(fā)現(xiàn)了長線效應(yīng):電報信號的反射、傳輸都與低頻有很大的不同。
經(jīng)過仔細研究,才知道當(dāng)線長與波長可比擬或超過波長時,我們必須計及其波動性,這時傳輸線也稱長線。
原理圖如下所示:
高頻情況下,電阻,電感,電容,導(dǎo)納等參數(shù)再也不是集總參數(shù),而必須看作分布參數(shù)。
求解上述偏微分方程組,可以得出以下一般解:
上式中的γ為波傳播系數(shù),一般表達式為:
其中α為單位長度的損耗常數(shù),β為單位長度的相位變化量系數(shù)
回歸到傳輸線方程,波傳播系數(shù)如下:
當(dāng)頻率很高時,即電阻分量遠小于電感分量,導(dǎo)納分量遠小于電容分量,則波傳播系數(shù)可以進一步簡化為:
從上式我們已經(jīng)得出β為,到此,我們確定,高頻情況下,電壓和電流都因為β而變成了周期波動量。
同軸法測試電路如何重新評估與分析
三同軸法測試電路,高頻信號能量的傳播,幾乎全部位于導(dǎo)體間的介質(zhì)中。因為電纜導(dǎo)體為良導(dǎo)體,沿電纜的縱向電場強度分量很小,相對來說,徑向電場強度大多了,從而下圖圓圈標識的坡印廷矢量,代表了能量的流動。
在絕緣介質(zhì)中,波傳播系數(shù)為:
因為信號為高頻,整個電纜長度相較于信號波長大很多,所有總的電磁耦合,將通過把所有無窮小長度電纜的耦合作用相加,即求積分。
下圖U10為施加干擾電壓,U20 為近端被干擾電壓,U21 為遠端被干擾電壓。
積分求解得:
我們研究上式中紅框中的公式特性,將其命名為一個如下單獨函數(shù):
“+”對應(yīng)著U20,“-”對應(yīng)著U21。
再進一步簡化為:
上述方程具有(sinx)^2 / x 的形式,那這個函數(shù)的圖像如下:
自此,我們最終得到了圖形震蕩的本質(zhì)原因。
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原文標題:高壓連接器電磁屏蔽測試 (三)
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