Fattore di velocità

Il fattore di velocità, oppure velocity factor in inglese, indicato con VF,^[1] talvolta chiamato wave propagation speed opuure velocity of propagation (VoP oppure ${\displaystyle v_{\mathrm {P} }}$),^[2] di un mezzo trasmissivo è il rapporto tra la velocità alla quale un fronte d'onda (di un segnale elettromagnetico, un segnale radio, un impulso luminoso in una fibra ottica o una variazione della tensione elettrica in un filo di rame) si propaga attraverso il mezzo e la velocità della luce nel vuoto. Per i segnali ottici, il fattore di velocità è il reciproco dell'indice di rifrazione.

La velocità dei segnali radio nel vuoto, per esempio, è la velocità della luce per cui il fattore di velocità di un'onda radio nel vuoto è pari a 1, ossia al 100%. Nei cavi elettrici, il fattore di velocità dipende principalmente dal materiale isolante (vedere tabella sotto).

L'uso dei termini fattore di velocità e wave propagation speed per indicare un rapporto di velocità è limitato alle reti di computer e alla fabbricazione di cavi. Nel contesto generale delle scienze e dell'ingegneria, questi termini vanno intesi come una vera velocità espressa in unità di distanza per unità di tempo,^[3] mentre fattore di velocità è usato per il rapporto.

Valori tipici del fattore di velocità

Il fattore di velocità è un'importante caratteristica dei mezzi impiegati per la comunicazione quali cavi di categoria 5 e le linee di trasmissione per radiocomunicazioni. Un cavo dati Plenum tipicamente ha un VF tra 0,42 e 0,72 (tra il 42% e il 72% della velocità della luce nel vuoto) e altri cavi intorno a 0,70. Un VF di 0,70 corrisponde a una velocità di circa 210.000.000 m/s ossia a un metro percorso in 4,76 ns.

Fattori di velocità minimi per cavi di rete

VF (%)	Cavo	livello fisico Ethernet
74–79	Doppino ritorto Cat-7
77	RG-8/U	Minimo per 10BASE5[4]
67	Fibra ottica	Minimo per 10BASE-FL,[5] 100BASE-FX, ...
65	RG-58A/U	Minimo per 10BASE2[6]
65	Doppino ritorto Cat-6A	10GBASE-T
64	Doppino ritorto Cat-5e	100BASE-TX, 1000BASE-T
58.5	Doppino ritorto Cat-3	Minimo per 10BASE-T[7]

Alcuni valori tipici del fattore di velocità per cavi per radiocomunicazioni indicati nei manuali e nei testi sono dati nella seguente tabella:^[8][9]

VF (%)	Linea di trasmissione
95–99	"Ladder" Line a filo aperto
93	Cavo coassiale HJ8-50B 3 inch Heliax (dielettrico ad aria)[10]
86	Cavo coassiale RG-8 Belden 7810A (gas-injected foam high-density polyethylene)[11]
83	Cavo coassiale RG-6 Belden 1189A, Cavo coassiale RG-11 Belden 1523A
82	Cavo coassiale RG-8X Belden 9258 (foamed polyethylene dielectric)
80	Belden 9085 twin-lead
77	RG-8/U generico (foamed polyethylene)
66	Belden 8723 twin shielded twisted pair stranded (polypropylene insulator)[12]
66	RG-213 CXP213 (dielettrico al polietilene solido)

Calcolo del fattore di velocità

Segnali elettrici

Il fattore di velocità VF è uguale al reciproco della radice quadrata della costante dielettrica relativa ${\displaystyle \epsilon _{\mathrm {r} }}$, del mezzo attraverso il quale si propaga il signale:

${\displaystyle \mathrm {VF} ={\frac {1}{\sqrt {\epsilon _{\mathrm {r} }}}}\ }$

nel caso tipico in cui la permeabilità magnetica relativa, ${\displaystyle \mu _{\mathrm {r} }}$, è uguale a 1. Nel caso più generale:

${\displaystyle \mathrm {VF} ={\frac {1}{\sqrt {\mu _{\mathrm {r} }\epsilon _{\mathrm {r} }}}}\ }$

includendo materiali conduttori magnetici non utilizzati abitualmente, come la ferrite.

Il fattore di velocità per una linea di trasmissione non dissipativa è dato da:

${\displaystyle \mathrm {VF} ={\frac {1}{c_{\mathrm {0} }{\sqrt {L'C'}}}}\ }$

dove ${\displaystyle L'}$ è l'induttanza distribuita (in henry per unità di lunghezza), ${\displaystyle C'}$ è la capacità distribuita tra i due conduttori (in farad per unità di lunghezza) e ${\displaystyle c_{\mathrm {0} }}$ è la velocità della luce nel vuoto.

Segnali ottici

Il fattore di velocità VF è uguale al reciproco dell'indice di rifrazione ${\displaystyle {n}}$ del mezzo, solitamente la fibra ottica.

${\displaystyle \mathrm {VF} ={\frac {1}{n}}\ }$