Высокоскоростные печатные платы. Теоретические основы. Справочник начинающего SI Engineer & High Speed PCB Designer. А. В. Трундов

проницаемости является предпосылкой к увеличению емкости, и, следовательно, большему накоплению электрической энергии в конденсаторе.

      Если учитывать, что в диэлектрике может накапливаться энергия сигнала (рост потерь сигнала в диэлектрике в области высоких частот), можно сделать вывод, что чем ниже значение диэлектрической проницаемости, тем ниже потери сигнала в диэлектрике.

      Потери в диэлектрике в области высоких частот значительны. Поэтому высококачественные диэлектрики, рекомендуемые для применения в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ), отличаются повышенной однородностью материала и низким значением собственной диэлектрической проницаемости.

      Диэлектрическая проницаемость материала FR4, применяемого в «стандартных» платах, может иметь значение от 3,9 до 4,5, и в большинстве инженерных расчетов может быть принята равной 4. Для высокочастотных диэлектриков проницаемость может быть равна 2 и 1,5. Для воздуха это значение близко к 1.

      Следовательно, потери сигнала в воздухе – минимальны из всех возможных типов диэлектриков.

      И второй вывод. Чем ниже потери в диэлектрике, тем выше скорость распространения сигнала.

      В полосковой линии передачи (проводник заключен в слой диэлектрика) печатной платы скорость распространения волны 1,5*10⁸ м/с оказывается в два раза ниже (в корень из эпсилон раз ниже), чем в проводнике, расположенном в свободном пространстве, где скорость распространения электромагнитной волны близка к скорости света 3*10⁸ м/с.

      Отметим, что изменение емкости возможно при изменении площади перекрытия обкладок, расстояния между ними и проницаемости диэлектрика. Это поможет понять причины и природу емкостной неоднородности.

      Электрическая индуктивность

      Электрическая индуктивность определяет способность контура или изогнутого проводника накапливать магнитную энергию.

      Если конденсатор накапливает электрическую энергию, обусловленную накоплением электрического заряда, катушка или контур накапливает энергию магнитного поля, созданного изменяющимся во времени электрическим зарядом.

      Индуктивность численно равна ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении тока.

      То есть, для формирования индуктивности и магнитного поля необходимым условием является наличие движущегося или изменяющегося электрического заряда, что и представляет собой электрический ток (I).

      Рис.2 Накопление энергии магнитного поля в изгибе проводника

      Энергия магнитного поля, запасенная в катушке индуктивности, имеет значение:

      Значение индуктивности катушки длиной l состоящей из N витков определяется по формуле:

      ,где Ф – магнитный поток через виток провода или катушки,

      N – количество витков катушки,

      I – электрический ток, создающий магнитное поле,

      W – энергия магнитного поля,

      µ₀ = 1,257*10^—6 Гн/м – магнитная постоянная,

      µ – магнитная проницаемость материала,

      S –