信號(hào)衰減原因很多，自然衰減跟頻率是沒(méi)關(guān)系的，但繞射、遮擋、大氣吸收等就和頻率有關(guān)，頻率越高越容易被遮擋，也容易被吸收，所以高頻信號(hào)更加容易衰減。

電磁波在穿透任何介質(zhì)的時(shí)候都會(huì)有損耗，手機(jī)、無(wú)線(xiàn)遙控器、無(wú)線(xiàn)路由器、藍(lán)牙、物聯(lián)網(wǎng)等采用擴(kuò)頻和其他寬帶調(diào)制技術(shù)的無(wú)線(xiàn)設(shè)備，會(huì)在載波頻率之外很寬的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生帶外發(fā)射和雜散發(fā)射，這些發(fā)射會(huì)對(duì)其他無(wú)線(xiàn)電設(shè)備產(chǎn)生干擾。

01

衰減---Attenuation 單位 –dB

高頻電子訊號(hào)在傳動(dòng)時(shí)由于基本材料電阻，產(chǎn)生訊號(hào)強(qiáng)度(電壓)降低以外，尚有因高頻引發(fā)的Impedance，導(dǎo)致電子訊號(hào)強(qiáng)度再被降低,基本電阻的衰減取決于導(dǎo)體材質(zhì)可稱(chēng)直流衰減,電容電感的衰減取決于頻率高低可稱(chēng)交流衰減，且頻率越高此衰減越嚴(yán)重；如果ATT數(shù)值越趨近于0時(shí)，表示訊號(hào)損耗的情況越少。反之，ATT數(shù)值越負(fù)(越小)時(shí)，表示訊號(hào)損耗的情況越嚴(yán)重.

常見(jiàn)的衰減參數(shù)的測(cè)試圖，Pass表示符合測(cè)試要求，NG表示測(cè)試數(shù)據(jù)異常

衰減/插入損失（α，Attenuation/Insertion Loss）

指輸出端功率（Pout）比入射端功率（Pint）降低了多少，以dB（分貝）來(lái)表示，也可以是指輸出電壓（Vout）與入射電壓（Vin）相比訊號(hào)損耗剩下多少，一般是用NA（網(wǎng)路分析儀）來(lái)量測(cè)，可由儀器直接量得，其公式如下：

單位長(zhǎng)度傳輸線(xiàn)的總衰減是中心導(dǎo)體的損失（αc）和介電材質(zhì)損失（αd）之和。

αc＝11.39*f1/2/Z0*(d+D) dB/m（f:GHz d,D:cm）

或αc＝4.34*f1/2/Z0*(d+D)dB/100ft（f:MHz d,D:inch）

αD＝90.96*f*Σr1/2*tan(δ) dB/m

或αD＝2.78*f*Σr1/2*tan(δ) dB/100ft δ為散逸系數(shù)

如果ATT數(shù)值越趨近于0時(shí)，表示訊號(hào)損耗的情況越少。反之，ATT數(shù)值越負(fù)（越小）時(shí)，表示訊號(hào)損耗的情況越嚴(yán)重。

衰減常數(shù)（參照電線(xiàn)電纜手冊(cè)一的數(shù)據(jù)說(shuō)明）

表示電磁波在均勻電纜上每公裡的衰減值，它由兩部分組成，

由于金屬導(dǎo)體中的損耗而產(chǎn)生的衰減；

由于介質(zhì)中損耗產(chǎn)生的衰減。

αn={[RLGL-ω-2LLCL+(RL+ω2LL2)(GL2+ωL -2C2)1/2]/2} 1/2

在低損耗近似中，上式可近似為：

αn=(RL/Z0+GL*Z0)/2

從兩個(gè)電壓比值奈培數(shù)到同一比值的dB數(shù)之間存在一個(gè)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換關(guān)係，如果兩個(gè)電壓的比值奈培數(shù)為rn，同樣電壓比值的dB數(shù)為rdB，由于它們等于相同的電壓比，所以可以得到：

10rdB/20=ern

rdB=rn*20loge=8.68*rn

所以傳輸線(xiàn)單位長(zhǎng)度的衰減dB/長(zhǎng)度為：

αdB=8.68αn=4.34(RL/Z0+GL*Z0)

注：αn表示衰減，為奈培/長(zhǎng)度

αdB表示衰減，為dB/長(zhǎng)度

RL表示導(dǎo)線(xiàn)單位長(zhǎng)度串聯(lián)電阻

CL表示單位長(zhǎng)度電容

LL表示單位長(zhǎng)度串聯(lián)回路電感

GL表示由介質(zhì)引起的單位長(zhǎng)度并聯(lián)電導(dǎo)

理論上，這雖是頻域中的衰減，但衰減卻與頻率沒(méi)有內(nèi)在聯(lián)系，然而事實(shí)上，在現(xiàn)實(shí)世界中，對(duì)于非常好的傳輸，由于趨膚效應(yīng)的影響，單位長(zhǎng)度串聯(lián)電阻隨著頻率的平方根增加；由于介質(zhì)損耗因數(shù)的影響，單位長(zhǎng)度并聯(lián)電導(dǎo)隨著頻率而增加，這意味著衰減也會(huì)隨著頻率的升高而增加，高頻率正弦波的衰減要大于低頻率的衰減。

單位元長(zhǎng)度損耗由兩部分組成，一部分是由導(dǎo)線(xiàn)損耗引起的衰減：αcond=4.34(RL/Z0),另一部分衰減與介質(zhì)材料損耗有關(guān)：αdiel=4.34(GL*Z0)，總衰減為：αdB=αcond＋αdiel

隨著頻率的升高，介質(zhì)引起衰減的增加速度要比導(dǎo)線(xiàn)引起衰減的增加速度快，那么會(huì)存在某一頻率，使得在這一頻率之上時(shí)介質(zhì)引起的衰減處于主導(dǎo)地位.

傳輸線(xiàn)上的信號(hào)損耗：

綜合以上信號(hào)損耗主要包括以下幾種：

阻性損耗、介質(zhì)損耗：信號(hào)以電磁波的形式在傳輸線(xiàn)中傳輸，在介質(zhì)中產(chǎn)生極化。介質(zhì)中的帶電粒子沿著電場(chǎng)方向規(guī)則排列，電荷的規(guī)則移動(dòng)消耗了能量。

相鄰耦合損耗：串?dāng)_的影響，信號(hào)的能量一部分耦合到響鈴的線(xiàn)上去，從而衰減了自身的能量。

反射損耗和輻射損耗等：反射的信號(hào)在傳輸線(xiàn)上來(lái)回傳輸，最終對(duì)信號(hào)的總能量構(gòu)成損耗；高頻信號(hào)以電磁波的形式輻射出PCB

在分析傳輸線(xiàn)損耗時(shí)，還應(yīng)注意：趨膚效應(yīng)；鄰近效應(yīng) ；表面粗糙度；復(fù)介電常數(shù) ；介質(zhì)損耗 ；隨頻率變化的阻抗特性和時(shí)延特性等，特別自身的損耗是高頻損耗的主要部分：主要是由導(dǎo)線(xiàn)自身的電阻所引起的損耗，在交流信號(hào)下，導(dǎo)線(xiàn)的阻抗會(huì)隨著頻率的變化而變化；走線(xiàn)的表面都會(huì)有一定的粗糙度，當(dāng)信號(hào)的波長(zhǎng)與走線(xiàn)層表明的粗糙度相近時(shí)會(huì)加劇阻性損耗，而且由于趨膚效應(yīng)的影響，高頻電流會(huì)集中在導(dǎo)體的表面，這會(huì)進(jìn)一步加劇導(dǎo)體的阻抗損耗，下面我們將分析這些損耗如何體現(xiàn)在傳輸線(xiàn)上面.

線(xiàn)纜的低衰減可歸于下列因素：

a.很大的中心導(dǎo)體直徑(d)或絕緣介電材質(zhì)的直徑。

介電材質(zhì)能防止高頻能量經(jīng)由電阻成份散逸而保存的能力.

介電材質(zhì)散逸系數(shù)越低, 代表其傳遞高頻能量之能力越高。

b.中心導(dǎo)體直徑或覆被低阻值。

c.低介電係數(shù)。

d.低的集膚效應(yīng)深度。

舉一個(gè)生活中的例子，熱水傳輸管道

問(wèn)題1：供熱水公司輸出熱水假設(shè)100°C，但實(shí)際接收單位肯定會(huì)有差異，在這個(gè)熱水傳輸過(guò)程中有發(fā)生明顯損耗.

問(wèn)題2：一杯熱水100°C，放置一個(gè)小時(shí)以后，可能就變成常溫的水，在這個(gè)放置過(guò)程中，水溫發(fā)生明顯損耗.

影響到熱水傳輸損耗的原因分析：

1.傳輸管道的壁厚（會(huì)影響保溫的時(shí)間）

2.傳輸管道的內(nèi)壁光潔度（會(huì)阻礙傳輸?shù)乃俣龋?/p>

3.傳輸管道的材質(zhì)（會(huì)影響保溫的時(shí)間）

4.傳輸水的速度 （速度直接影響水溫?fù)p耗的速度）

5.傳輸?shù)木嚯x（距離直接影響水溫?fù)p耗的速度）

6.外部環(huán)境的影響（會(huì)影響保溫的時(shí)間）

銅絲即為傳輸?shù)暮诵乃^緣皮即是保護(hù)的傳輸管道

影響到線(xiàn)纜傳輸損耗的原因分析：

傳輸管道的壁厚（對(duì)比為芯線(xiàn)的皮厚）

傳輸管道的內(nèi)壁光潔度（對(duì)比為線(xiàn)材附著力不穩(wěn)定及芯線(xiàn)外觀(guān)不良粗糙）

傳輸管道的材質(zhì)（芯線(xiàn)的絕緣材質(zhì)）

傳輸水的速度（導(dǎo)體的大小）

傳輸?shù)木嚯x（測(cè)試線(xiàn)材的長(zhǎng)短）

外部環(huán)境的影響（測(cè)試的環(huán)境及線(xiàn)材的屏蔽效果(遮蔽率)）

線(xiàn)纜設(shè)計(jì)中關(guān)鍵點(diǎn)﹕

阻抗，絕緣外徑，導(dǎo)體外徑，屏蔽狀況

阻抗大；衰減小﹔

絕緣線(xiàn)徑大；阻抗大；衰減小﹔

導(dǎo)體直徑大；衰減小﹔

發(fā)泡度大；介電常數(shù)小；衰減小﹔

編織密度增加；衰減小﹔

編織+鋁箔結(jié)構(gòu)；衰減小﹔

鋁箔厚度增加；衰減小﹔

線(xiàn)纜生產(chǎn)過(guò)程中控制關(guān)鍵點(diǎn)﹕

芯線(xiàn)的皮厚偏小；衰減增大

附著力不穩(wěn)定及芯線(xiàn)外觀(guān)不良粗糙；衰減增大

芯線(xiàn)的絕緣材質(zhì)；介電常數(shù)小，衰減小

導(dǎo)體偏小；衰減大

測(cè)試線(xiàn)材的長(zhǎng)短；線(xiàn)長(zhǎng)衰減大測(cè)試的環(huán)境及線(xiàn)材的屏蔽效果(遮蔽率)；環(huán)境差；衰減大.

不同線(xiàn)種的應(yīng)用設(shè)計(jì)理論重點(diǎn)也不同，以下做簡(jiǎn)要數(shù)據(jù)羅列說(shuō)明

電線(xiàn)主要分為兩種，一種為同軸系列，一種為對(duì)絞系列

同軸線(xiàn)主要影響衰減的因素﹕阻抗﹑絕緣線(xiàn)徑﹑導(dǎo)體直徑﹑編織錠子數(shù)﹑每錠根數(shù)。

目前需要用到同軸線(xiàn)的主要成品系列羅列

1) 阻抗增大；衰減減小﹔

2) 絕緣線(xiàn)徑增大；阻抗增大；衰減減小﹔

3) 導(dǎo)體直徑增大；衰減減小﹔

4) 發(fā)泡度增加；介電常數(shù)減小；衰減減小﹔

5) 外導(dǎo)體變化（編織）的影響

a) 編織密度增加；衰減減小﹔

b) 編織+鋁箔結(jié)構(gòu)；衰減減小﹔

c) 鋁箔厚度增加；衰減減小﹔

雙絞線(xiàn)主要影響衰減的因素﹕導(dǎo)體﹑絕緣介質(zhì)﹑絕緣線(xiàn)徑﹑對(duì)絞節(jié)距﹑對(duì)屏蔽松緊﹑對(duì)屏蔽厚度﹑成纜節(jié)距﹑總屏蔽﹑總屏蔽厚度﹑對(duì)內(nèi)延時(shí)差。

目前雙絞線(xiàn)的種類(lèi)非常多，網(wǎng)線(xiàn)最為普遍，其它如HDMI，USB,DP等都為此類(lèi)別

1) 導(dǎo)體

導(dǎo)體線(xiàn)徑大；衰減小﹔

導(dǎo)體絞合節(jié)距增大；衰減減小

導(dǎo)體絞合質(zhì)量差(起股﹑松散﹑不圓整等)；高頻衰減跳動(dòng)。

2) 絕緣介質(zhì)﹕發(fā)泡度增大；介電常數(shù)減小；衰減減小﹔

3) 絕緣線(xiàn)徑﹕絕緣線(xiàn)徑增大；阻抗增大；衰減減小﹔

4) 對(duì)絞節(jié)距﹕對(duì)絞節(jié)距增大；衰減減小﹔

5) 對(duì)屏蔽松緊

鋁箔繞包過(guò)緊；衰減增大﹔

鋁箔繞包緊；高頻衰減無(wú)跳動(dòng)﹔

鋁箔繞包過(guò)緊；高頻衰減跳動(dòng)﹔

鋁箔繞包松；高頻衰減有跳動(dòng)。

鋁箔繞包不平整；高頻衰減跳動(dòng).

衰減參數(shù)小結(jié)：以上所寫(xiě)部分主要為理論知識(shí)，在實(shí)際制程中很少會(huì)根據(jù)這些公式來(lái)計(jì)算，在實(shí)際制中影響衰減的主要因素是阻抗，所以控制阻抗穩(wěn)定是非常重要一個(gè)環(huán)節(jié)，這就要求在做導(dǎo)體時(shí)注意OD穩(wěn)定、外觀(guān)美觀(guān)、無(wú)刮傷、凸起等會(huì)影響到阻抗的不良因素，對(duì)于芯線(xiàn)要求OD穩(wěn)定、同心度高、表面光滑美觀(guān)，絞線(xiàn)時(shí)要求絞距穩(wěn)定、收/放線(xiàn)張力平衡，對(duì)于外被要求押出時(shí)不能過(guò)緊過(guò)松。所以只有做好線(xiàn)的每一個(gè)工段，才能保證阻抗變化不大，才能保證衰減較好；在衰減計(jì)算參數(shù)的應(yīng)用里面一般有兩個(gè)系數(shù)比較重要，如下附表

常見(jiàn)衰減相關(guān)問(wèn)題解惑

01，低頻衰減的主要影響因素是導(dǎo)體，高頻衰減的主要影響因素是絕緣材料，而材料的介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切是隨著頻率的升高而逐漸增加的.

02，感覺(jué)高頻信號(hào)更容易衰減？

高頻信號(hào)在電力線(xiàn)上的衰減隨著頻率的增加而增加，但在某些頻率，由于負(fù)載產(chǎn)生的共振現(xiàn)象和傳輸線(xiàn)效應(yīng)的影響，衰減會(huì)出現(xiàn)突然的迅速增加。同時(shí)，信號(hào)傳輸距離對(duì)信號(hào)衰減程度也起著決定性的影響；隨著距離的增加，衰減會(huì)迅速地增加。從統(tǒng)計(jì)上來(lái)說(shuō)，這種變化還是有一定的定性規(guī)律可尋的。實(shí)驗(yàn)表明信號(hào)的衰減是距離的函數(shù)，衰減和信噪比有很大關(guān)系，信噪比，是指信道中，信號(hào)功率與噪聲功率的比值，這也意味著這個(gè)數(shù)值越大，用戶(hù)的線(xiàn)路質(zhì)量也越好.

03，趨膚效應(yīng)不屬于高頻電流的衰減？

趨膚效應(yīng)本身不屬于高頻電流的衰減，而是一種現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是電流集中在電線(xiàn)的表面導(dǎo)致線(xiàn)路的電阻增大，從而導(dǎo)致衰減。

另外造成高頻電流衰減的因素是高頻輻射。我們知道，電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，交變電流產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，而交變磁場(chǎng)產(chǎn)生交變電場(chǎng)，所以交變電流周?chē)a(chǎn)生交變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)（這就是電磁場(chǎng)）并往周?chē)椛洌廨椛涞哪芰侩S頻率的增加而增加。因此高頻電流要向外輻射電磁能量從而使高頻電流衰減。

還有線(xiàn)路的分布電容和分布電感，我們知道線(xiàn)路的分布電容和分布電感都不大，在直流電路和低頻電路中可以忽略，但在高頻電路中影響很大。線(xiàn)路越長(zhǎng)分布電感和分布電容越大，分布電感大線(xiàn)路感抗就大，衰減就大，另外分布電感大造成電磁輻射也增大；分布電容會(huì)分流高頻電流導(dǎo)致高頻電流衰減。

04，為什么說(shuō)電磁波的頻率越低，衰減越快

電磁波的波長(zhǎng)與頻率成反比，頻率越高，波長(zhǎng)越短，更容易受到小物體的阻zhi擋，所以衰減更快。

低頻信號(hào)加載到高頻信號(hào)上是為了降低干擾，頻率越高越不容易受到干擾，而且高頻的電磁波相對(duì)容易激勵(lì)并向空間發(fā)射。無(wú)論是電磁波在空間傳輸隨空間程差的衰減，還是電磁波在介質(zhì)中傳播由損耗角正切引起的衰減，都是隨頻率的升高衰減越大

05，輻射損失（radiation loss）：在高頻的時(shí)侯有較多的電磁波能量輻射出去，其實(shí)EMC的問(wèn)題，在所有電器和電子設(shè)備工作時(shí)都會(huì)有間歇或連續(xù)性電壓電流變化，有時(shí)變化速率還相當(dāng)快，這樣會(huì)導(dǎo)致在不同頻率內(nèi)或一個(gè)頻帶間產(chǎn)生電磁能量，而相應(yīng)的電路則會(huì)將這種能量發(fā)射到周?chē)沫h(huán)境中。EMI有兩條途徑離開(kāi)或進(jìn)入一個(gè)電路：輻射和傳導(dǎo)。信號(hào)輻射是藉由外殼的縫、槽、開(kāi)孔或其它缺口泄漏出去；而信號(hào)傳導(dǎo)則藉由耦合到電源、信號(hào)和控制在線(xiàn)離開(kāi)外殼，在開(kāi)放的空間中自由輻射，從而產(chǎn)生干擾。很多EMI抑制都采用外殼屏蔽和縫隙屏蔽結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，大多數(shù)時(shí)侯下面這些簡(jiǎn)單原則可以有助于實(shí)現(xiàn)EMI屏蔽：從源頭處降低干擾；藉由屏蔽過(guò)濾或接地將干擾產(chǎn)生電路隔離以及增強(qiáng)敏感電路的抗干擾能力等。

06，上升時(shí)間衰減（rise time degradation）;脈沖信號(hào)上升時(shí)間的衰減主要是因?yàn)檠刂鴤鬏敪h(huán)境中不連續(xù)性所造成，諸如系統(tǒng)加入連接器、電纜，以及pads等，所以在設(shè)計(jì)連接器時(shí)，假若上升時(shí)間衰減比規(guī)范定義來(lái)的大，此時(shí)必須減少上升時(shí)間的衰減。

07，偏移（skew）偏移是為了確保一對(duì)差動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)連接器一對(duì)端子后，可以保持能接受的差動(dòng)不平衡，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)連接器時(shí)，同一對(duì)差動(dòng)信號(hào)的端子其長(zhǎng)度要設(shè)計(jì)成等長(zhǎng)，以避免偏移（skew）的產(chǎn)生，確保差動(dòng)的平衡。

08，感覺(jué)高頻信號(hào)更容易衰減？高頻信號(hào)在電力線(xiàn)上的衰減隨著頻率的增加而增加，但在某些頻率，由于負(fù)載產(chǎn)生的共振現(xiàn)象和傳輸線(xiàn)效應(yīng)的影響，衰減會(huì)出現(xiàn)突然的迅速增加。同時(shí)，信號(hào)傳輸距離對(duì)信號(hào)衰減程度也起著決定性的影響；隨著距離的增加，衰減會(huì)迅速地增加。從統(tǒng)計(jì)上來(lái)說(shuō)，這種變化還是有一定的定性規(guī)律可尋的。實(shí)驗(yàn)表明信號(hào)的衰減是距離的函數(shù)，衰減和信噪比有很大關(guān)系，信噪比，是指信道中，信號(hào)功率與噪聲功率的比值，這也意味著這個(gè)數(shù)值越大，用戶(hù)的線(xiàn)路質(zhì)量也越好.

09，趨膚效應(yīng)不屬于高頻電流的衰減？趨膚效應(yīng)本身不屬于高頻電流的衰減，而是一種現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是電流集中在電線(xiàn)的表面導(dǎo)致線(xiàn)路的電阻增大，從而導(dǎo)致衰減。另外造成高頻電流衰減的因素是高頻輻射。我們知道，電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，交變電流產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，而交變磁場(chǎng)產(chǎn)生交變電場(chǎng)，所以交變電流周?chē)a(chǎn)生交變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)（這就是電磁場(chǎng)）并往周?chē)椛洌廨椛涞哪芰侩S頻率的增加而增加。因此高頻電流要向外輻射電磁能量從而使高頻電流衰減。還有線(xiàn)路的分布電容和分布電感，我們知道線(xiàn)路的分布電容和分布電感都不大，在直流電路和低頻電路中可以忽略，但在高頻電路中影響很大。線(xiàn)路越長(zhǎng)分布電感和分布電容越大，分布電感大線(xiàn)路感抗就大，衰減就大，另外分布電感大造成電磁輻射也增大；分布電容會(huì)分流高頻電流導(dǎo)致高頻電流衰減。

10，為什么說(shuō)電磁波的頻率越低，衰減越快;電磁波的波長(zhǎng)與頻率成反比，頻率越高，波長(zhǎng)越短，更容易受到小物體的阻擋，所以衰減更快。低頻信號(hào)加載到高頻信號(hào)上是為了降低干擾，頻率越高越不容易受到干擾，而且高頻的電磁波相對(duì)容易激勵(lì)并向空間發(fā)射。無(wú)論是電磁波在空間傳輸隨空間程差的衰減，還是電磁波在介質(zhì)中傳播由損耗角正切引起的衰減，都是隨頻率的升高衰減越大.

審核編輯：劉清