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为了弄清楚信号在传输线的传播速度,有必要再次仔细地考察一下信号在传输线的传播过程。
前面介绍了传输线拥有两条路径:信号路径和电流返回路径。当信号源接入后,信号开始在传输线上传播,两条路径问就产生了电压,而这个电压差又使两导线之间产生电场,继而激发出磁场。突变的电压产生突变的电场和磁场。电场和磁场相互铰链在一起,以变化电磁场的速度(即光速)在传输线周围的介质材料中传播。
由此看来,电磁场的形成快慢,以及由周围的介质材料特性共同决定信号的传播速度。一般存在一种误区,简单地认为信号的传播就是电流的传播,导线中电流是因电子的定向移动产生的,那么电子移动的速度就是信号的传播速度,这是错误的观点,因为这里信号是电磁场,而非电流。也可以说成信号是以电磁波的形式在周围介质中传播。
通过上面的分析知道了信号即是电场和磁场的相互铰链,可以用麦克斯韦方程精确地描述其行为特征。电磁场的变化速度o由下式决定
式中,为自由空间的介电常数;εr为材料的相对介电常数;为自由空间的导磁率;υr为材料的相对导磁率。常数项用数据代入后得
式中,c=2.99×10(8)m/s就是常见的光在自由空间中传播的速度。
实际当中,几乎所有材料的相对磁导率都为l,所以可以把式(3-23)中磁导率υr这一项忽略。除了空气,其他材料的介电常数都是大于1,所以传输线中的光速总是小于2.99×10(8)m/s:
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