15、信号传输性能区域与模型解析

信号传输性能区域与模型解析

在信号传输领域，理解不同频率下传输介质的性能表现至关重要。本文将深入探讨铜介质传输线的性能区域划分以及相应的信号传播模型。

1. 铜介质传输线的性能区域

铜介质传输线的传输损耗随频率单调增加，当从低频扫描到高频时，损耗曲线的斜率会随着不同工作区域的起始而发生可预测的变化。一般来说，铜介质的性能区域按频率递增顺序依次为：
- RC区域 ：在接近直流的低频段，电感电抗的幅值相较于直流电阻变得微不足道。此时，线路的直流电阻与电容之间的关系起主导作用，线路处于RC区域。
- LC区域 ：随着频率升高，电感电抗逐渐增大，最终超过直流电阻的幅值，使线路进入LC区域。
- 集肤效应区域 ：在LC区域之后，导体的内部电感（仅占总电感的一小部分）相对于直流电阻变得显著。这导致电流在导体内部重新分布，标志着集肤效应区域的到来。
- 介质损耗区域 ：介质损耗在所有频率下都存在，且随着频率升高而愈发严重。当介质损耗达到与电阻损耗相当的水平时，线路进入介质损耗受限区域。
- 波导色散区域 ：当信号波长缩小到与传输线的横截面尺寸相当时，会出现其他非TEM传播模式。这些模式本身不会导致信号功率损失，但会产生令人讨厌的相位失真（即上升和下降沿的色散），从而限制最大运行速度。这个需要考虑非TEM模式的区域称为波导区域。

此外，在任何频率下，传输线都可以缩短到一个长度$l_{LE}(\omega)$以下，此时线路不再以分布式方式工作，而是类似于一个简单