前沿与波长的关系是啥 是怎么计算的?

“电流探头输出的信号需要经过长电缆传输到数字示波器,由于待测信号前沿约为10 ns,其最短波长要小于长电缆的波长,因此波过程不能忽略”这句话里的波长都是怎么计算的啊?

在这句话中,所涉及的波长主要是指电缆的传输特性导致的波长,计算方法如下:

  1. 电缆特性阻抗:电缆的物理特性会影响信号在其中的传播,例如阻抗(Impedance)、电容(Capacitance)、电感(Inductance)等。在此段话中,主要涉及的是电缆的特性阻抗,一般使用单位反长度(unit of length)的电感(L)和电容(C)计算:Z0=sqrt(L/C)。其中,电缆的阻抗主要与线型、线径、介质等有关,有一定的标准。

  2. 波速:波速是电磁波在介质中传播的速度。在电缆中,只有传播常数vp,它可以通过vp=sqrt(L*C)计算得出。其中,L和C分别为单位长度下的电感和电容。波速vp和介质中的信号频率f有关。如果是数字信号,则可以参考信号上升沿的带宽。在此段话中,可能涉及到比较高的信号频率,所以这里可以将波速vp计算得更高。

  3. 波长:波长与信号的频率f和波速vp有关,其计算公式为:λ = vp/f。如果信号频率接近带宽的上限,则其波长比较短。反之,如果信号频率较低,则其波长较长。

由此可见,在计算波长时需要同时考虑信号的频率、介质的特性阻抗、以及对应的波速。在电缆中,由于特性阻抗的存在,波速降低,从而可能导致波长变短。如果波长比电缆长度短,则不能忽略波过程。

该回答引用ChatGPT

前沿与波长的关系:波长是指信号或波在介质中传播的距离,前沿是指信号急剧变化的瞬间。前沿越快,信号的频率越高,波长越短。
波长的计算:波长(λ) = 速度(v) / 频率(f)
其中,速度v为信号在介质中的传播速度,频率f为信号的频率。
在这个例子中:

  1. 待测信号的前沿约为10ns,相当于频率约为1/10ns = 100MHz。
  2. 长电缆中信号传播速度约为2/3光速,光速为310^8m/s,所以电缆中信号速度约为210^8m/s。
  3. 根据波长计算公式:λ = v / f = 210^8 / 10010^6 = 20m
  4. 由于待测信号最短波长要小于长电缆的波长,并且波长与频率成反比,所以待测信号的最高频率要大于长电缆的最高频率。
  5. 长电缆的最高频率约为v / λ = 2*10^8 / 20m = 10MHz。待测信号的频率为100MHz,大于该值,所以波过程不能忽略。
    要点总结:
  6. 前沿时间越短,频率越高,波长越小。
  7. 波长 = 速度 / 频率。速度取决于信号传播介质。
  8. 若待测信号的最短波长小于传输路径(如电缆)的波长,则传输过程会产生波传播效应,不能忽略。
  9. 电缆的最高频率 = 速度 / 波长。超过该频率的高频信号在电缆中会衰减。
    所以在这个例子中,待测信号的高频前沿会在长电缆传输过程中产生波过程影响,可能会产生衰减、畸变等,这不能忽略,必须在示波器测量时进行补偿。