訊號傳播速度與介質之間的關係

2021-09-28 16:15:42 字數 785 閱讀 4560

導線和印刷電路走線中電訊號的傳播速度取決於其周圍的介質。傳播延遲的大小以皮秒/英吋(ps/in)為單位。傳播速度單位為英吋/皮秒(in/ps)是傳播延遲的倒數。

介質 延遲(ps/in) 介電常數

空氣(無線電波) 85 1.0

同軸電纜(75%速度) 113 1.8

同軸電纜(66%速度) 129 2.3

fr-4 pcb(表層微帶線) 140~180 2.8~4.5

fr-4 pcb(內層帶狀線) 180 4.5

氧化鋁pcb(內層帶狀線) 240~270 8~10

印製板走線的單位延遲(每英吋)取決於印製板基板材料的介電常數和走線的幾何結構。常用的印製板材料是fr4,在低頻時的介電常數大約為4.7±20%,而在高頻時劣化到4.5.對於傳播延遲的計算,應使用高頻時的數值4.5。

走線的幾何結構決定了其電場是駐留於電路板內還是進入到空氣中。當電場停留在電路板中時,實際的介電常數增大,因而訊號傳播較慢。當乙個電路走線的環繞電場被封閉在電路板內兩個地平面之間時,其環繞電場完全駐留在電路板中。對於典型的fr4印製板材料,形成的實際介電常數為4.5 。當電路走線位於印製板電路板的外表層時(外層微帶走線),它的電場分布於走線的一側空氣及另外一側的fr4基板材料中,形成的介電常數介於1~4.5之間。電路板外層走線總是比內層走線傳輸得快。

作為一種陶瓷材料,氧化鋁用來製作非常密集的電路板(多達50層)。它的優勢在於熱膨脹係數低且易於加工成非常薄的板層,但製造成本非常昂貴。微波工程師更看中氧化鋁電路低傳播速度的特點(延時較長),因此這樣可以縮小諧振結構的尺寸。

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