羅森伯格陪你做車載 ——車載射頻高速連接器之趨膚效應(yīng)

最近，羅森伯格高壓產(chǎn)品大客戶經(jīng)理周同昌先生解讀了關(guān)于電磁屏蔽測(cè)試的理論知識(shí)和三同軸測(cè)試系統(tǒng)，文章受到了大家的一致好評(píng)。作為《高壓連接器電磁屏蔽測(cè)試》系列文章的兄弟篇，近期我們也將連載《羅森伯格陪你做車載》系列文章。此次我們有幸邀請(qǐng)到羅森伯格應(yīng)用工程師張啟帆先生和大家分享《車載射頻高速連接器之趨膚效應(yīng)》。我們期待與業(yè)界同仁共同交流前沿技術(shù)，探討行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。歡迎大家持續(xù)關(guān)注周工和張工系列文章。小編閑話少續(xù)，請(qǐng)大家閱讀今天的文章。

對(duì)于射頻高速通道，有兩個(gè)因素決定了最終傳輸效果的優(yōu)劣。一是信號(hào)傳輸時(shí)經(jīng)過(guò)連接器線纜等介質(zhì)時(shí)的自身特性表現(xiàn)，包含了整體信號(hào)集成的有關(guān)項(xiàng)，重點(diǎn)在信號(hào)本身和信號(hào)之間；另一因素是抵擋所處空間電磁干擾的能力，重點(diǎn)在單/多信號(hào)與外界環(huán)境之間的關(guān)系，也就是周工系列文章所涉及的內(nèi)容。我主要根據(jù)信號(hào)自身特性的相關(guān)技術(shù)知識(shí)，盡量從各現(xiàn)象的物理學(xué)意義角度做通俗解釋，羅列簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)公式。

在討論其它問(wèn)題之前，我們必須要先介紹在射頻傳輸中的一種基本常見現(xiàn)象——趨膚效應(yīng)。趨膚效應(yīng)指，導(dǎo)體通過(guò)高頻電流時(shí)，在導(dǎo)體截面中，存在邊緣部分電流密度大，中心部分電流密度小的現(xiàn)象。為何會(huì)與直流電流不同，出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？

參考下圖，在射頻信號(hào)傳播時(shí)，傳輸通道中有一瞬時(shí)增大的射頻交變電流I，其在空間產(chǎn)生強(qiáng)度不斷增大的磁場(chǎng)B，由于B的增大，空間會(huì)產(chǎn)生阻礙其變化的反向感應(yīng)磁場(chǎng)，形成無(wú)數(shù)股渦流i，此時(shí)通道中心部的電流被渦流逐漸抵消，邊緣部的電流被渦流增強(qiáng)，出現(xiàn)電流沿導(dǎo)體表面運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。

且電流頻率越高，趨膚深度愈小。當(dāng)電磁波/高頻交變電流入射良導(dǎo)體表面時(shí)，趨膚深度有如下公式：

在電磁學(xué)領(lǐng)域，人類最早受到的啟發(fā)都來(lái)自于力學(xué)。比如電子間作用力的力學(xué)效應(yīng)，著名的流體力學(xué)家、數(shù)學(xué)家賀拉斯·蘭姆 （Horace Lamb）于1883年在《自然科學(xué)會(huì)報(bào)》發(fā)表了一篇論文“關(guān)于球形導(dǎo)體中的電運(yùn)動(dòng)”（ “On Electrical Motions in a Spherical Conductor”）。他通過(guò)應(yīng)用麥克斯韋方程組，系統(tǒng)理論性地解釋了球形導(dǎo)體中震蕩電流流動(dòng)的問(wèn)題，后來(lái)被廣泛認(rèn)知為趨膚效應(yīng)，但他的解釋只限于球殼狀的導(dǎo)體。

摘自“On Electrical Motions in a Spherical Conductor”

1885年，另一位廣為人知的大神奧利弗·赫維賽德（Oliver Heaviside）創(chuàng)立矢量微積分，用該方式將麥克斯韋方程組精簡(jiǎn)為4個(gè)，此后得以將趨膚效應(yīng)的系統(tǒng)解釋推廣到任何形狀的導(dǎo)體。奧利弗本身也是個(gè)極具特色的人，他最早做電報(bào)員，后轉(zhuǎn)為“工程師”，自學(xué)微積分，繼而又在數(shù)學(xué)上做出原創(chuàng)性成就，他是那些夢(mèng)想從技術(shù)工程師又上升為理論研究人員朋友的不二典范。

趨膚效應(yīng)是射頻傳輸理論的基礎(chǔ)和相關(guān)設(shè)計(jì)中的指引者。說(shuō)它是基礎(chǔ)，因?yàn)楹罄m(xù)系列文章會(huì)反復(fù)引用并印證這一現(xiàn)象，涉及特性阻抗，插入損耗等。說(shuō)它是指引者，因?yàn)樗该髁水a(chǎn)品設(shè)計(jì)中的關(guān)注點(diǎn)，合適的導(dǎo)體外徑，導(dǎo)體電鍍層品質(zhì)，對(duì)配界面等等。

說(shuō)到電鍍層品質(zhì)，羅森伯格深諳其理。與直流或低頻信號(hào)不同，高頻信號(hào)僅沿導(dǎo)體表面?zhèn)鞑?，電鍍除影響?duì)配等機(jī)械性能外，最重要的是直接決定了高頻信號(hào)傳輸品質(zhì)，在這種關(guān)鍵領(lǐng)域，羅森伯格向來(lái)選擇自主把控，因此，連接器金屬零件電鍍都會(huì)在羅森伯格內(nèi)部進(jìn)行，我們不外協(xié)，有自己的大型電鍍車間。

老電鍍車間

新電鍍車間

為了把電鍍做得更好，在不斷研究的基礎(chǔ)下，羅森伯格還開發(fā)注冊(cè)了自己的鍍金品牌AuroDur?，目前您使用的羅森伯格車載產(chǎn)品，鍍金層都使用的是AuroDur?

總結(jié)下來(lái)，它與普通鍍層相比，具有如下特性與優(yōu)勢(shì)：

關(guān)于AuroDur?本身，我在后續(xù)系列文章中會(huì)專門介紹，歡迎關(guān)注。下一篇，我們會(huì)帶來(lái)一個(gè)重要評(píng)價(jià)參數(shù)的介紹——特性阻抗，說(shuō)了這么多，你對(duì)羅森伯格連接器的印象是什么？“別問(wèn)，問(wèn)就是買”