DF与介质损耗
DF与介质损耗:
前面说了，理想电容器不消耗能量，是因为其流经的电流与正弦电压间正好有90°的相位差。但是如果电容器中填充了介电常数为ε的绝缘体，情况就变得不同了。首先，电容量会发生改变，电介质在真空时的电容量变成
x
。更重要的是，现实中不同的介质材料都会有相应的电阻率。我们把这些介质放到平行电板之间后，添加直流电压时就会有直流电流通过。我们把这种电流称为漏电流，根据欧姆定律易知，这时的电流和电压的相位是一致的，因为存在漏电阻，能量会通过电阻造成损耗，并且大多数材料的漏电阻率与频率成正比，频率越高，电阻率越大。这样，随着施加电压频率的不断升高，电流越容易通过平行电板，也就是传到接收端的能量损耗得更多。
从极化现象来看，施加的电场使电介质中一些随机取向的偶极子与电场一致。偶极子的负端向电场正极运动，偶极子的正端向电场负极运动，这就好像有瞬间的电流流过电介质材料，如图12-5所示。如果施加电压频率越高，那么其电流就越大，材料中发生摆动的偶极子数越多。在电场作用下偶极子移动量越大，同时体积电阻率越大，介质中的功率损耗也就越高。
为了描述偶极子运动规律的材料特性，DF这个概念就应运而生了。我们把这个新材料特性称为耗散因子，一般用
来表示。它和电介质的交流电导率有如下关系：
式中，
表示介质的体交流电导率；f表示正弦波频率，单位为Hz;
表示自由空间的介电常数，其值为
;
表示相对介电常数，无量纲；
表示材料损耗因子，无量纲。
另外也是对材料中偶极子数目和每个偶极子在电场中摆动幅度大小的度量。
其中，
表示耗散因子；n表示介质中偶极子数目密度；p表示偶极矩，是对电荷和偶极子间距离的度量；
表示电场中偶极子摆动幅度。
DF是怎么影响PCB通道损耗的呢?用简单的语言来总结就是DF越大，电介质的极化运动越活跃，这时电介质的电导率也越大，因此损耗也就越大。需要说明的是，损耗因子本身也会随着频率变化而变化，频率越大，损耗因子DF也会变大，这也是通道损耗随着频率增大而增大的一部分原因。另外DF还跟温度有关系，这个我们也可以从极化运动这方面来解释，在温度升高的情况下，极化运动也会变得更活跃，同样会引起DF的增大。