Андрей Трундов - Высокоскоростные печатные платы. Сохранение целостности электрических сигналов и электропитания

Рис. 3 Увеличение магнитного потока в центре витка с током

В месте изгиба проводника концентрация векторов магнитной индукции увеличивается по сравнению с их количеством на единицу прямого участка линии. Увеличение концентрации векторов в таких зонах говорит о локальном увеличении индуктивности и повышении энергии магнитного поля.

Именно из-за наличия изгибов и контуров большой крутизны и площади резко возрастает вероятность и уровень наводки между соседними линиями передачи.

Рис. 4 Повышение концентрации векторов B в центре изгиба проводника

Энергия магнитного поля определяется из выражения

Если сила тока и его скорость в проводнике меняются (например, в местах прохождения фронта или спада прямоугольного сигнала), вокруг проводника возникает переменное магнитное поле, которое создает (порождает вокруг себя) переменное электрическое поле. Такое взаимодействие приводит к появлению электромагнитного поля.

Рис. 5 Формирование электромагнитной волны

В вакууме направление и величина напряженности магнитного поля H и вектора магнитной индукции B совпадают. В общем случае справедливо выражение.

,где µ 0 = 4π*10 —7 Гн/м – магнитная постоянная, µ – магнитная проницаемость среды, π = 3,14 – постоянный коэффициент.

Вектор напряженности электрического поля перпендикулярен вектору напряженности магнитного поля. Вектор Умова-Пойнтинга П, равный векторному произведению векторов электрической напряженности E и магнитной напряженности H, показывает количество энергии и направление распространения электромагнитного поля.

На рисунке выше векторы показаны только в одной точке пространства. Если изобразить распространение волны для фронта прямоугольного импульса, волна будет излучаться от проводника в окружающую среду и будет перемещаться по ходу движения фронта сигнала вдоль проводника с током.

Рис. 6 Электромагнитное поле, сформированное фронтом импульса в проводнике

Электромагнитные волны способны накладываться друг на друга, например, при отражении от неоднородностей. Такое явление называется интерференцией.

Электромагнитные волны способны огибать препятствия, если размеры препятствий соизмеримы с длиной волны или меньше длины волны. Такое явление называется дифракцией.

Электромагнитные волны способны наводиться на проводники, формируя в них вихревые токи.

Электромагнитные волны способны поглощаться в электрических материалах и диэлектриках с потерей энергии.

Если проводник или проводящая поверхность не заземлены, они могут стать источником вторичного излучения. В этом случае волна будет переизлучаться или отражаться. При соединении данной проводящей поверхности с землей, энергия излучения будет снижена до минимального значения. На этом принципе основано электрическое экранирование.

Величины электрического поля и магнитного поля убывают с увеличением расстояния от источника сигнала. Различают распространение электромагнитной волны в ближнем поле и дальнем поле. Граница l гр между полями определяется выражением

,где 𝜆 – длина волны.

Цифровой сигнал является носителем информации. Основная задача системы передачи информации – обеспечить неискаженную передачу цифровых сигналов из источника в приемник. Приемник должен правильно «распознать» логические нули и единицы (в двоичной системе счисления) для восстановления сигнала, претерпевшего искажения в линии передачи. Важно знать основные характеристики прямоугольного импульса напряжения, причины, приводящие к искажению импульсов и построить систему передачи так, чтобы либо предотвратить или уменьшить эти искажения, либо восстановить сигнал по некоторым критериям.