【物理】COMSOL同軸電纜與傳輸線特性參數萃取

特性參數

• 同軸電纜（Coaxial cable）是一種電線及訊號傳輸線
• 最內裡是一條導電銅線，外面則是一層塑膠材質的絕緣體圍攏，絕緣體外面又有一層薄的網狀導電體（一般為銅或合金），然後導電體外面是最外層的絕緣物料作為外皮
• 有許多特性參數（R、L、Z 等）通常用於對電纜進行分類
• 參數本身由各種電磁物理量來確定
• 本案例計算同軸電纜的各種特徵參數，並與直流和高頻極限中的解析解進行比較
  

案例1：同軸電纜

解析解

數值解計算同軸電纜的各種參數

較高頻率

• 在更高的頻率下，同軸電纜將具有更高階的模態
• 第一高階模態的傳播常數可以從超越方程的圖中讀出(See Results>Plot of Transcendental Eq)
• RF 模組用於求解基模和一階高階模態，以及傳播和衰減常數以及有效折射率
• 為基模提取了集總參數，在高頻極限與理論一致
• 第一高階模態在預測頻率處開始

分佈電感與電阻

基模與第一高階模態結果

案例 2：傳輸線特性參數計算器 APP

電磁場沿傳輸線傳播，近似為橫向電磁（TEM）波。 一維頻域波動方程為傳輸線上的電位寫成以下形式：

• 其中 R、L、G 和 C 是分佈電阻、電感、電導和電容
• 可以從沿著傳輸線電流流動推導出類似波動方程
• 負載阻抗終端的傳輸線等效電路模型

案例 2：傳輸線特性參數計算器 APP

若傳輸線中僅存在前向傳播波（無反射），將電壓 V 除以電流 I 得到特性阻抗 Z0，或波傳輸線阻抗：

傳輸線計算器提供用於計算傳輸線特性參數 R、L、G 和 C，以及一些參數化橫截面的 γ 和 Z0 的 APP 計算器，常見的傳輸線類型：

• 同軸線
• 雙引線
• 微帶線
• 共面波導 (CPW)
  

案例 2：傳輸線特性參數計算器 APP