各位圈内朋友,本期为《高压连接器电磁屏蔽测试》系列文章第三期。 在第一期中我们提到,当频率很高时,屏蔽效率波形出现震荡,如下图所示:
在这一期中,我们将就这一现象进行深入分析,以窥视其中的奥妙。
低频信号的传输
我们再次拿出转移阻抗的基本原理图为例:
Z1,Z2:分别是内外电路的特征阻抗
U1,U2:分别是内外电路的电压(n:近端,f:远端)
I1:内电路的电流(n:近端,f:远端)
l :耦合长度
Iλ:真空波长
我们发现,只需要使用加减乘除四则运算,就可以用来分析我们传统的低频电路了,不光简单易懂,而且物理图像也很清晰。
那么高频时会是怎样呢?
高频信号的电路模型:传输线方程
传输线方程也称电报方程。在沟通大西洋电缆(海底电缆)时,开尔芬首先发现了长线效应:电报信号的反射、传输都与低频有很大的不同。
经过仔细研究,才知道当线长与波长可比拟或超过波长时,我们必须计及其波动性,这时传输线也称长线。
原理图如下所示:
高频情况下,电阻,电感,电容,导纳等参数再也不是集总参数,而必须看作分布参数。
求解上述偏微分方程组,可以得出以下一般解:
上式中的γ为波传播系数,一般表达式为:
其中α为单位长度的损耗常数,β为单位长度的相位变化量系数
回归到传输线方程,波传播系数如下:
当频率很高时,即电阻分量远小于电感分量,导纳分量远小于电容分量,则波传播系数可以进一步简化为:
从上式我们已经得出β为,到此,我们确定,高频情况下,电压和电流都因为β而变成了周期波动量。
同轴法测试电路如何重新评估与分析
三同轴法测试电路,高频信号能量的传播,几乎全部位于导体间的介质中。因为电缆导体为良导体,沿电缆的纵向电场强度分量很小,相对来说,径向电场强度大多了,从而下图圆圈标识的坡印廷矢量,代表了能量的流动。
在绝缘介质中,波传播系数为:
因为信号为高频,整个电缆长度相较于信号波长大很多,所有总的电磁耦合,将通过把所有无穷小长度电缆的耦合作用相加,即求积分。
下图U10为施加干扰电压,U20 为近端被干扰电压,U21 为远端被干扰电压。
积分求解得:
我们研究上式中红框中的公式特性,将其命名为一个如下单独函数:
“+”对应着U20,“-”对应着U21。
再进一步简化为:
上述方程具有(sinx)^2 / x 的形式,那这个函数的图像如下:
自此,我们最终得到了图形震荡的本质原因。
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