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

(2016-07-15)

전자기파의 매질 내 손실

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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

  ※ 대부분의 물질유전체 또는 불완전 도체(유한한 도전율) 특성 일부를 지님
     - 전자기파 손실 관점에서 유전 손실이나 전도체 손실은 명확히 구별되지 않음
        . 일반적으로, 저주파대역에서는 전도체 물질이, 고주파대역에서는 유전체 물질로 보임
           .. 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 손실탄젠트 Maxwell 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 전류밀도전도전류 밀도와 변위전류 밀도의 합

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


5. 손실탄젠트 값에 따른 매질 구분

  ㅇ 양 도체              :  (tanδ = ε〃/ε'= σ/ωε) > 100
  ㅇ 준 도체(불완전 도체) :  0.01 < (tanδ = ε〃/ε'= σ/ωε) < 100
  ㅇ 유전체               :  (tanδ = ε〃/ε'= σ/ωε) < 0.01

  ※ ☞ 도체 부도체 반도체 비교 참조


[평면파 매질 손실 고려] 1. 전파정수 2. 복소 전파정수 3. 복소 유전율 4. 손실 탄젠트 5. 고유 임피던스
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