Nopeuskerroin

Termillä nopeuskerroin viitataan signaalin hidastumaan väliaineessa, jonka dielektrinen vakio $\varepsilon _{r}\,$ poikkeaa havaittavasti tyhjön arvosta 1.

Ei-teknisorientoitunutkin radioamatööri törmää nopeuskertoimeen tyypillisesti koaksiaalikaapeleissa, joiden nopeuskerroin tulee ottaa huomioon esimerkiksi 1/4-aallonpituuden mittaisen vaiheistuskaapelin tekemisessä. Esimerkiksi 1/4 aallonpituutta on 2 metrin alueella 50 cm. Jos käytämme RG-213 kaapelia, jonka nopeuskerroin on 0,66, on 1/4 aallonpituutta 2 metrillä tässä kaapelissa 50 cm * 0,66 = 0,33 cm. Taulukossa alempana on mainittu muutamien yleisten kaapelityyppien nopeuskertoimia.

Nopeuskerroin ja dielektrinen vakio suhtautuvat toisiinsa:

$\nu ={\frac {1}{\sqrt {\varepsilon _{r}}}}$

$\varepsilon _{r}={\frac {1}{\nu ^{2}}}$

Tyhjölle ja radiomielessä sen kanssa identtiselle kuivalle ilmalle nopeuskertoimet ovat kutakuinkin 1.0, muille aineille ne ovat hieman erilaisia.

Huomioitavaa on myös, että "vaahdotettu polyetyleeni" poikkeaa eristeenä huomattavasti "kiinteän" aineen RF ominaisuuksista. Siksi kaapeleille on syytä käyttää valmistajan ilmoittamia tietoja, eikä vain arvata!

Aine		$\varepsilon _{r}\,$		nopeuskerroin		$\tan \delta \,$ "häviökerroin"		Huomioita
Tyhjö	1.0	1.00	0
Ilma, kuiva, 1 bar	1.0	1.00	0
Mannerjäätikkö	1.0 ???	1.00		Vertaa alempana tislatusta vedestä muodostuneeseen jäähän
Tuore lumi pakkasella	1.20			Vertaa alempana tislatusta vedestä muodostuneeseen jäähän
Tiivistynyt lumi pakkasella	1.50			Vertaa alempana tislatusta vedestä muodostuneeseen jäähän
PTFE, Teflon®	2.1	0.69	0.0001
Polypropyleeni (kiinteä)	2.2	0.67	0.0003
Polyetyleeni (kiinteä)	2.3	0.66	0.0001	RG-8, -58, -174, -213, -214
PE, vaahdotettu		0.86		Ecoflex 10, 15
PE, vaahdotettu		0.84		Aircom+
PE, onteloitu		0.83		Aircell 7
Nylon&TM;	2.4	0.65	0.0083
Polystyreeni	2.5	0.63	0.0002
Rexolite 1422	2.52	0.63	0.0005
Monivuotinen merijää	3.0	0.58		Suolaisella valtamerellä
Ikiroutainen maa	3.0	0.58
Jää, tislattu vesi	3.2@3GHz 4.15@1MHz		0.0009@3GHz 0.12@1MHz	Vertaa yllä mannerjäätikköjää..
Sulatettu kvartsi	3	0.58	0.0001
Rogers Corp. TMM3	3.27­­±0.032	0.55	0.0020	Lämpöstabiili mikroaaltolaminaatti
Boorilasi	4.3	0.48	0.0047
Merijää	4.0	0.50		Suolaisella valtamerellä
Rogers Corp. TMM4	4.50­­±0.045	0.47	0.0020	Lämpöstabiili mikroaaltolaminaatti
FR-4	4.8±0.2	0.46±0.02	0.008	VHF ja alle
FR-4	4.8±0.2	0.46±0.02	0.02-0.03	UHF ja yli
Rogers Corp TMM6	6.00±0.080	0.41	0.0023	Lämpöstabiili mikroaaltolaminaatti
Soodalasi	6.0	0.02
Natronlasi, "ikkunalasi"	6.5
Safiiri	9	0.33	0.0003
Magnesiumoksidi	9	0.33	0.0004
Alumiinioksidi (alumina)	9	0.33	0.0006
Rogers Corp. TMM10	9.20±0.230	0.33	0.0022	Lämpöstabiili mikroaaltolaminaatti
Rogers Corp. TMM10i	9.80±0.245	0.32	0.0020	Lämpöstabiili mikroaaltolaminaatti
Titaanidioksidi (rutiili)	50	0.14	0.002
Puhdas vesihöyry	50	0.14	0.1
Valtamerivesi	75-82		(?)
Tislattu vesi	77		0.157	arvo vaihtelee lähteittäin
Suolaton vesi	80-85		0.1 (?)

FR-4 on mukana yleisenä rakentelumateriaalina, mutta sen ominaisuudet vaihtelevat erittäin runsaasti epoksin määrän suhteessa lasikuidun määrään ja myös taajuusriippuvasti. Pieniä rakenteita voinee FR-4:sta tehdä jopa 2.4 GHz:lle, sen yläpuolella pitää katsoa jotain parempaa, kuten Teflon®

Mannerjäätikköjäälle annetaan parissa viitteessä todellakin $\varepsilon _{r}$ arvoksi 1.0, mutta totuus on jossain tislatusta vedestä muodostuneen jään ja pakkautuneen lumen välimaastossa.

Lumen $\varepsilon _{r}$ on sekoitus ilman (1.0), puhtaan jään (3.2) ja puhtaan veden (~ 80) arvoista, sekä mahdollisista epäpuhtauksista.

---

Viitteitä:

• http://www.rogerscorporation.com/
• http://www.eccosorb.com/file/384/dielectric-chart.pdf
• http://www.eagleware.com/pdf/apps/2015_DesigningVCOonFR4.pdf
• http://www.planetanalog.com/showArticle.jhtml?articleID=17300003&pgno=2
• http://www.ok1rr.com/view.php?cisloclanku=2006030501
• http://www.rfcafe.com/references/electrical/dielectric_constants_strengths.htm
• http://www.microwaves101.com/encyclopedia/Miscdielectrics.cfm