Loss Tangent, Dielectric Loss   손실 탄젠트, 유전 손실, 유전 정접, 유전체 손실

(2023-10-05)

전자기파의 매질 내 손실


1. 교류 또는 전자기파매질손실

  ㅇ 유전 손실 (Dielectric Loss)
     - 유전체 내에서 교류전계(또는 전자기파)가 겪는 전력 손실전도체 손실 (Conductor Loss)
     - 불완전 도체 내에서 저항,표피효과 등에 의해 교류(또는 전자기파)가 겪는 전력 손실

  ※ [유의사항]
     - 대부분의 물질이,
       유전체(약간의 도전성을 갖는 절연체) 또는 불완전 도체(유한한 도전율) 특성 일부를 지님
     - 따라서, 전자기파 손실 관점에서 유전 손실이나 전도체 손실은 명확히 구별되지 않음
     - 일반적으로, 저주파대역에서는 전도체 물질로, 고주파대역에서는 유전체 물질로 간주됨
        . 例) 땅(대지),  등이 주파수에 따라 다르게 반응함


2. 손실 탄젠트(Loss Tangent), 유전 정접(Dielectric Loss Tangent) : tanδ [무차원 比]매질 내에서 전파되는 파동성 에너지열 에너지 등으로 손실되는 척도 
     

     - (전도성 물질 관점)  전도전류밀도와 변위전류밀도와의 比
        . 양 도체     : 전도전류변위전류 보다 매우 큼 (Jc ≫ Jd)
        . 불완전 도체 : 전자기파 전력저항(유한한 도전율)에 의해 로써 손실
        * 발생 요인 : 전자(정공) 전하의 자유롭고 빠른 이동이 제한됨

     - (유전성 물질 관점)  복소 유전율허수부 및 실수부 의 比
        . 좋은 유전체 : 손실탄젠트가 작은 경우 (ε˝/ε'≪ 1)
        . 손실 유전체 : 손실탄젠트가 큰 경우 (ε˝/ε'≫ 1)
        * 발생 요인 : 유전체 내에 전기 분극이 발생되며 외부 전계에 빠르게 대응하지 못함

  ㅇ 한편, 손실탄젠트 값으로부터 매질교류 전도성에 대한 간접적인 측정이 가능


3. 유전성 물질 관점에서, 손실탄젠트Maxwell 방정식에서,  

  ㅇ 이로부터 파동방정식을 이끌어내면,  

  ㅇ 이를 페이저 형태의 식으로 변환하면,  

  ㅇ 위 식의 복소계수를 정리하면,  전파정수   
     - 일반적인 손실 매질(유전체 또는 불완전 도체)에서, 
       주파수에 따라 변하는 매질 특성(ε,μ,σ등)을 반영하는 복소수복소유전율    
     - 교류전계(전자기파)의 주파수 증가 등에 따라 유전체가 반응하는 정도를 복소수 형태
       로 정의한 유전율손실탄젠트   
     - 복소 유전율허수부 및 실수부 의 比


4. 전도성 매질 관점에서, 손실탄젠트전도성 매질에서의 총 전류밀도는 전도전류 밀도와 변위전류 밀도의 합

     
     손실탄젠트   
     - 전도전류밀도와 변위전류밀도와의 비율
        . 만일, 전도전류변위전류에 의한 영향이 같다면 이 값은 1 이됨


5. 손실탄젠트 값에 따른 매질 구분양 도체               :  (tanδ = ε〃/ε'= σ/ωε) > 100
  ㅇ 준 도체 (불완전 도체) :  0.01 < (tanδ = ε〃/ε'= σ/ωε) < 100
  ㅇ 유전체 (절연체)       :  (tanδ = ε〃/ε'= σ/ωε) < 0.01

  ※ ☞ 도체 부도체 반도체 비교 참조

유전 물질
   1. 유전체   2. 유전율   3. 복소 유전율   4. 손실 탄젠트  
평면파 매질 손실 고려
   1. 전파정수   2. 복소 전파정수   3. 복소 유전율   4. 손실 탄젠트   5. 고유 임피던스  


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