第二章:频率与波长 (Frequency & Wavelength)

EMC领域专业工程师必须了解信号频率f[Hz]和波长λ[m]的基本知识：

电磁兼容与频率(EMC & Frequency)

波长的计算（Wavelength Calculation）

波长：裸线 vs电缆/PCB走线（Wavelength：Blankwire vs Cables & PCB Trace）

电磁兼容与频率

通常，频率f>9kHz的信号会出现EMC问题。这就是为什么大多数EMC标准不考虑f<9kHz的信号的原因。

l 传导干扰往往发生在f<30MHz。

l 辐射干扰往往发生在f>30MHz。

波长的计算：

正弦信号的频率f及其波长λ[m]具有以下关系：

而v[m/sec]是信号的传播速度，f[Hz]是信号频率。

Wavelength = 波长

Amplitude = 幅度

Angle = 角度

波长：裸线 vs电缆/PCB走线

信号传播的速度v[m/sec]取决于电磁场通过的传输介质。因此，相同的信号（频率一样）在裸线（被空气包围）与在电缆/PCB走线（被绝缘材料包围）中波长λ[m]不同。 波长λ[m]的计算方法如下：

其中v是信号传播速度，单位为[m/sec]，c是光速（3E8[m/sec]），f频率 [Hz]，εr是相对介电常数，μr是电磁场传播通过的介质的相对磁导率。VF称为速度系数。

裸线中的波长：

频率为f的信号沿裸线（或被空气包围的天线）的波长λ仅取决于光速c和信号频率f（v=c，因为εr=1和μr=1，因此VF=1）：

电缆和PCB走线中的波长：

沿绝缘铜线或电缆或印刷电路板（PCB）走线的频率为f的信号的波长λ为：

其中c是光速（3E8[m/sec]），f是信号频率[Hz]，εreff是电磁波传播通过的有效介电常数（相对介电常数）。有效介电常数εreff定义为传输线的均匀等效介电常数，即使存在不同的电介质。当绝缘材料是非磁性的，电缆和PCB的相对磁导率μr等于1.0，。因此，速度系数VF主要取决于绝缘或PCB材料的有效相对介电常数（也称为有效介电常数）εreff。

因为不同介质中电场线的数量取决于传输线的几何结构（如下图展示的微带线），有效介电常数εreff的计算取决于绝缘材料和传输线的几何形状（例如带状电缆、微带线、共面波导等），。

传输介质的速度系数VF是电磁信号的波前通过介质时的速度v[m/sec]与真空中的光速c[3E8m/sec]的比值：VF=v/c。因此，速度因子VF越小，波长λ[m]越小。下表显示了不同绝缘和PCB材料以及不同传输线类型的近似速度系数。

下表显示了与自由空间（空气）相比，不同导体（电缆、PCB）中波长的大致近似值。PCB（FR-4）和电缆中波长λ的可能假设如下：

印刷电路板：λPCB≈0.5*λ空气（假设εreff≈3.0…4.5→ VF≈0.5）。

电缆：λ电缆≈0.7*λ空气（假设εreff≈1.5…3.0→ VF≈0.7）。

*内容来自于电磁兼容学院 Academy of EMC