電纜阻抗介紹

1、電纜阻抗介紹全部讀完,先總結(jié)幾點(diǎn)有用的(不是電子專業(yè)的,用詞可能不太準(zhǔn)確 :1、阻抗是高頻信號(hào)通過(guò)電纜時(shí),電容和電感的反應(yīng)。這個(gè)用萬(wàn)用表無(wú)法測(cè)出。2、阻抗是由線材(包括接頭材料和形狀決定的,不隨長(zhǎng)度變化。3、阻抗不匹配,會(huì)導(dǎo)致信號(hào)發(fā)生發(fā)射,衰減信號(hào)甚至產(chǎn)生再反射信號(hào)干擾。 電纜的阻抗術(shù)語(yǔ)音頻:人耳可以聽到的低頻信號(hào)。范圍在 20-20kHz 。視頻:用來(lái)傳誦圖象的高頻信號(hào)。圖象信號(hào)比聲音復(fù)雜很多,所以它的帶寬(范 圍也大過(guò)音頻很多,少說(shuō)也有 0-6MHz 。射頻:可以通過(guò)電磁波的形式想空中發(fā)射, 并能夠傳送很遠(yuǎn)的距離。 射頻的范圍 要寬很多, 10k-3THz(1T=1024G。本文準(zhǔn)備解釋清

2、楚傳輸線和電纜感應(yīng)的一些細(xì)節(jié), 只是此課題的摘要介紹。 如果 您希望很好地使用傳輸線, 比如同軸電纜什么的, 就是時(shí)候買一本相關(guān)課題的書 籍。 什么是理想的書籍取決于您物理學(xué)或機(jī)電工程, 當(dāng)然還少不了數(shù)學(xué)方面的底 蘊(yùn)。什么是電纜的阻抗,什么時(shí)候用到它?首先要知道的是某個(gè)導(dǎo)體在射頻頻率下的工作特性和低頻下大相徑庭。 當(dāng)導(dǎo)體的 長(zhǎng)度接近承載信號(hào)的 1/10波長(zhǎng)的時(shí)候, good o1風(fēng)格的電路分析法則就不能在使 用了。這時(shí)該輪到電纜阻抗和傳輸線理論粉墨登場(chǎng)了。傳輸線理論中的一個(gè)重要的原則是源阻抗必須和負(fù)載阻抗相同, 以使功率轉(zhuǎn)移達(dá) 到最大化, 并使目的設(shè)備端的信號(hào)反射最小化。 在現(xiàn)實(shí)中這通常意味源

3、阻抗和電 纜阻抗相同,而且在電纜終端的接收設(shè)備的阻抗也相同。電纜阻抗是如何定義的?電纜的特性阻抗是電纜中傳送波的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度之比。 (伏特 /米 /(安培 /米 =歐姆歐姆定律表明,如果在一對(duì)端子上施加電壓(E ,此電路中測(cè)量到電流(I ,則 可以用下列等式確定阻抗的大小,這個(gè)公式總是成立:Z = E / I無(wú)論是直流或者是交流的情況下,這個(gè)關(guān)系都保持成立。特性阻抗一般寫作 Z0(Z 零 。如果電纜承載的是射頻信號(hào),并非正弦波, Z0還是等于電纜上的電壓和導(dǎo)線中的電流比。所以特性阻抗由下面的公式定義: Z0 = E / I電壓和電流是有電纜中的感抗和容抗共同決定的。 所以特性阻抗公式可以

4、被寫成 后面這個(gè)形式:其中R=該導(dǎo)體材質(zhì)(在直流情況下一個(gè)單位長(zhǎng)度的電阻率,歐姆G=單位長(zhǎng)度的旁路電導(dǎo)系數(shù)(絕緣層的導(dǎo)電系數(shù) ,歐姆j=只是個(gè)符號(hào),指明本項(xiàng)有一個(gè) +90的相位角(虛數(shù)=3.1416L=單位長(zhǎng)度電纜的電感量c=單位長(zhǎng)度電纜的電容量注:線圈的感抗等于 XL=2fL ,電容的容抗等于 XC=1/2fL 。從公式看出,特 性阻抗正比于電纜的感抗和容抗的平方根。對(duì)于電纜一般所使用的絕緣材料來(lái)說(shuō),和 2fc 相比, G 微不足道可以忽略。在 低頻情況,和 R 相比 2fL 微不足道可以忽略,所以在低頻時(shí),可以使用下面 的等式:電纜的阻抗本文準(zhǔn)備解釋清楚傳輸線和電纜感應(yīng)的一些細(xì)節(jié), 只是此

5、課題的摘要介紹。 如果 您希望很好地使用傳輸線, 比如同軸電纜什么的, 就是時(shí)候買一本相關(guān)課題的書 籍。 什么是理想的書籍取決于您物理學(xué)或機(jī)電工程, 當(dāng)然還少不了數(shù)學(xué)方面的底 蘊(yùn)。對(duì)于電纜一般所使用的絕緣材料來(lái)說(shuō),和 2fc 相比, G 微不足道可以忽略。在 低頻情況,和 R 相比 2fL 微不足道可以忽略,所以在低頻時(shí),可以使用下面 的等式:注:原文這里是 Zo = sqrt ( R / (j * 2 * pi * f * L應(yīng)該是有個(gè)筆誤。阻抗不應(yīng)該是反比于感抗 . 實(shí)際上低頻時(shí)應(yīng)該是電阻和容抗占 主導(dǎo)地位。如果電容不跟隨頻率變化,則 Z0和頻率的平方根成反比關(guān)系,在接近直流的狀 態(tài)下有一

6、個(gè) -45 的相位角,當(dāng)頻率增加相位角逐漸減少到 0 。 當(dāng)頻率上升時(shí),聚 氯乙烯和橡膠材料會(huì)稍微降低電容,但聚乙烯,聚丙烯,特氟綸(聚四氟乙烯 的變化不大。當(dāng)頻率提高到一定程度(f 足夠大 ,公式中包含 f 的兩項(xiàng)變的很大,這時(shí)候 R 和 G 可能可以被忽略。等式成為簡(jiǎn)化成高頻下的電纜性質(zhì)在高頻下您不能把電纜視作一條簡(jiǎn)單的電纜。 在此時(shí)它是波導(dǎo)。 特性阻抗是為電 磁波而設(shè)立的電阻系數(shù)。故此阻抗負(fù)責(zé)描述高頻下電纜的狀態(tài)。高頻通常用 100kHz 以上的頻率傳輸(當(dāng)然能否高頻傳輸取決于電纜 。如果您在電纜一端輸入合適頻率的正弦交流信號(hào),信號(hào)以電波的形式傳播過(guò)電 纜。如果電纜的長(zhǎng)度和該交流信號(hào)頻率

7、的波長(zhǎng)相比是個(gè)很大的數(shù)字的話(注 :即電纜 長(zhǎng)度是波長(zhǎng)的很多倍 ,在傳送過(guò)程中可以測(cè)量 AC 的電壓和電流比,這個(gè)比值 叫做這條電纜的特性阻抗。實(shí)際上電纜的特性阻抗由電纜的幾何形狀和絕緣部分決定的。 電纜的長(zhǎng)度不影響 電纜的特性阻抗。注:就是說(shuō)使用多數(shù)絕緣材料電容不會(huì)起變化。而電感量 L 的定義公式為 L = (N2/IS= 介質(zhì)磁導(dǎo)率N = 線圈匝數(shù)I = 線圈長(zhǎng)度S = 線圈橫截面積可以看出,電感量只和材質(zhì)及幾何形狀有關(guān),和頻率無(wú)關(guān)。所以在 f 足夠高的情 況下, 特性阻抗和頻率沒有關(guān)系了。 頻率再高, 特性阻抗都等于電感量除以電容 量的平方根。 (實(shí)際上特性阻抗等于感抗容抗乘積的平方根,

8、由于在乘積中約除 了有關(guān)頻率部分, 所以有些資料中說(shuō)特性阻抗和頻率無(wú)關(guān), 實(shí)際上應(yīng)該是在足夠 高頻的情況下,特性阻抗和頻率無(wú)關(guān)同軸電纜的模型是怎么樣的?同軸電纜可以表示為分布的串聯(lián)電感和分布的并聯(lián)電容, 一種不對(duì)稱的過(guò)濾裝置 排列起來(lái),特定的電纜有唯一的值。如果給定某個(gè)頻率,而且這個(gè)頻率合適,這 套過(guò)濾裝置可以最大化地傳遞信號(hào); 如果頻率再提高的話, 這套裝置會(huì)削弱信號(hào)。 注:這段信息很有意思,考慮一下,特性阻抗沒有變化,而信號(hào)卻減弱了!為什 么會(huì)這樣?唯一的合理解釋, 就是在電纜的接收端電壓和電流都減弱了, 而且是 按照相同的比例減弱的。 下面畫出一張傳輸線分布參數(shù)的草圖, 這個(gè)理論是無(wú)線

9、電工業(yè)的工程工具之一, 在這個(gè)理論中線長(zhǎng)可以變動(dòng), 可以使用復(fù)數(shù)源, 和復(fù)數(shù) 的終端阻抗。實(shí)際上阻抗這個(gè)詞代表有實(shí)部和虛部如何用同軸電纜本身的性質(zhì)計(jì)算特性阻抗?電纜的長(zhǎng)度和它的特性阻抗無(wú)關(guān)。 特性阻抗是由導(dǎo)體的大小和間隔, 還有就是導(dǎo) 體之間的絕緣體的種類決定的。 通常的同軸電纜在常規(guī)的頻率下使用, 特性阻抗 由內(nèi)導(dǎo)體和外 (屏蔽 導(dǎo)體的尺寸決定的, 當(dāng)然內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體之間的絕緣體也 起著決定作用。下列方程可以用來(lái)計(jì)算同軸電纜的特性阻抗:(摘自 Reference Data for Radio Engineers book published by Howard W. Sams & Co. 1

10、975, page 24-21其中:lg = 以 10為底的對(duì)數(shù)d = 中心導(dǎo)體的直徑D = 電纜屏蔽層的內(nèi)徑e = 介電常數(shù) (空氣為 1 簡(jiǎn)單地說(shuō), 同軸電纜的特性阻抗就是一個(gè)商的平方根 (這個(gè)商是單位長(zhǎng)度的電感 除以單位長(zhǎng)度的電容同軸電纜的特性阻抗典型值在 20-150歐姆之間。電纜的 長(zhǎng)度無(wú)論如何都無(wú)法影響特性阻抗。如果同軸電纜使用的傳輸頻率過(guò)高,則波會(huì)以我們不期望的方式傳播, (就是說(shuō) 會(huì)產(chǎn)生非預(yù)期的電場(chǎng)和磁場(chǎng)圖電纜這時(shí)不能正常工作是由多方面原因造成的。 如何計(jì)算平衡傳輸線(對(duì)稱傳輸線的特性阻抗?特性阻抗是由導(dǎo)體的大小和導(dǎo)體間的間隔,以及導(dǎo)體之間使用的絕緣體決定的。 平衡傳輸線或雙絞

11、線的阻抗 Z0,由線距和線徑比決定,前面提到的絕緣體種類 一樣起決定作用?，F(xiàn)實(shí)中的 Z0在高頻下相當(dāng)接近純電阻,但并不完全相等。 下列公式可以用來(lái)計(jì)算接近地面的平衡傳輸線的特性阻抗(摘自 Reference Data for Radio Engineers book published by Howard W. Sams & Co. 1975, page 24-22 其中l(wèi)g = 以 10為底的對(duì)數(shù)d = 傳輸線線徑D = 線對(duì)之間的距離e = 介電常數(shù)(空氣為 1h = 線對(duì)和地面之間的距離這個(gè)公式不只是適用于非屏蔽平衡傳輸線, 當(dāng) D 比 d 大 , 而 h 比 d 更大的時(shí)候 (帶 屏蔽

12、的平行傳輸線也適用 。如果雙絞線離地面非常遠(yuǎn)(h 接近無(wú)窮大則地面 的影響可以忽略不計(jì),線纜的阻抗可以由一個(gè)簡(jiǎn)化的公式近似:(原文作者本人 推演上面的公式得出的注:將對(duì)數(shù)中真數(shù)部分少做改動(dòng)對(duì)結(jié)果影響不大, 因?yàn)榻Y(jié)果是真數(shù)的指數(shù), 可以 這個(gè)簡(jiǎn)化接受。但原來(lái)的公式有個(gè)開方,這個(gè)相當(dāng)于結(jié)果 1/2!注:將對(duì)數(shù)中真數(shù)部分少做改動(dòng)對(duì)結(jié)果影響不大, 因?yàn)榻Y(jié)果是真數(shù)的指數(shù), 可以 這個(gè)簡(jiǎn)化接受。但原來(lái)的公式有個(gè)開方,這個(gè)相當(dāng)于結(jié)果 1/2!對(duì)雙絞線來(lái)說(shuō), 典型的特性阻抗在 75歐姆到 1000歐姆之間, 可以滿足各種應(yīng)用 的需要。 典型舊式電話線對(duì), 架在電線桿間的空中, 其特性阻抗大約是 600歐姆 左

13、右。現(xiàn)在使用的電話和電訊電纜典型的特性阻抗為 100或 120歐姆。我可以使用哪種電路模型來(lái)描述長(zhǎng)線的同軸電纜?如果您知道一定長(zhǎng)度的電纜的電感量和電容量的話, 可以使用下面的電路模型描 述長(zhǎng)線同軸電纜:這個(gè)模型對(duì)理解描述阻抗,電容,電感之間關(guān)系的阻抗等式非常有幫助:我能否使用萬(wàn)用表來(lái)測(cè)量電纜的阻抗?電纜的特性阻抗只描述了電纜在高頻信號(hào)下的的工作性質(zhì)。 萬(wàn)用表是用直流電流 來(lái)測(cè)量電阻值的,所以不能用萬(wàn)用表或其他簡(jiǎn)單的測(cè)量設(shè)備來(lái)測(cè)量電纜的阻抗。 通常最好的方法是檢查電纜的類型 (一般印刷在電纜外面 查閱相關(guān)的信息手冊(cè), 而不要試圖實(shí)際測(cè)量 .我如何測(cè)量電纜的阻抗呢?使用一個(gè)關(guān)系式來(lái)確定 Z0比使用

14、設(shè)備測(cè)量要簡(jiǎn)單很多。在給定的頻率,可以這 樣來(lái)推算電纜的阻抗:測(cè)量一段電纜在遠(yuǎn)端開路情況下的阻抗 Zoc ,再測(cè)量該段 電纜在遠(yuǎn)端短路的情況下的阻抗 Zsc ,用下面的等式來(lái)確定 ZO:其中Zoc = 某一電纜在遠(yuǎn)端開路的情況下測(cè)量出的阻抗Zsc = 該電纜在遠(yuǎn)端短路的情況下測(cè)量出的阻抗注意:對(duì) Zoc 和 Zsc 的測(cè)量包含了幅值和相位,所以 Z0也會(huì)有幅值和相位。 阻抗高頻測(cè)量法是先確定電纜的傳播速度和電容,或者使用反射計(jì)。什么情況下電纜的阻抗會(huì)影響到信號(hào)?為了使電纜的特性阻抗能夠?qū)鬏數(shù)男盘?hào)產(chǎn)生不同的影響, 電纜的長(zhǎng)度必須至少 是實(shí)際載頻波長(zhǎng)的數(shù)分之一。 (注:表達(dá)的意思應(yīng)該是電纜長(zhǎng)度和

15、波長(zhǎng)必須是可比的,使信號(hào) 可以在傳輸線上傳送出波形的一部分,如 1/4或更多大多數(shù)的金屬絲可以用光速 6070%來(lái)傳遞交流電,換個(gè)說(shuō)法就是每秒傳遞 19.5萬(wàn) 公 里 。 一 個(gè) 頻 率 為 20000Hz 的 音 頻 信 號(hào) 的 波 長(zhǎng) 為 9750米 (195/0.02MHz=9750m,所以電纜起碼要有 45公里長(zhǎng)才開始影響音頻信號(hào)。所 以音頻連接電纜的特性阻抗和其他困擾我們的問(wèn)題相比,算不上什么。標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(hào)很少有超過(guò) 10MHz 的, 其大概波長(zhǎng)大概是 20米。 這樣高的頻率 足以使特性阻抗開始對(duì)信號(hào)產(chǎn)生影響。 高分辨率的電腦顯示信號(hào)和高速的數(shù)據(jù)信 號(hào)經(jīng)常超過(guò) 100MHz ,所以

16、即便是很短的電纜傳輸,也要考慮到正確的阻抗匹配 問(wèn)題。如何進(jìn)行阻抗匹配?首先驅(qū)動(dòng)電纜電源的輸出阻抗, 必須和電纜的特性阻抗相等, 這樣才能使所有輸 出的功率進(jìn)入傳輸電纜, 避免從電纜的輸入端反射回入源。 其次, 應(yīng)該使電纜輸 出端負(fù)荷設(shè)備的輸入阻抗和電纜的特性阻抗相同,這樣所有功率進(jìn)入了負(fù)載設(shè) 備,而不會(huì)被負(fù)載反射回電纜。這個(gè)正常的驅(qū)動(dòng)方法有很多的例外, 但一般是用來(lái)做其他用途的。 可以選一個(gè)特 性阻抗匹配使低頻帶寬的傳輸功率最大化, 或者使阻抗失配改善更寬廣頻寬下的 響應(yīng)。這是工程師的抉擇,視其需求而決定。為什么需要阻抗匹配?如果您的源輸出阻抗, 電纜特性阻抗, 和負(fù)載輸入阻抗之間存在失配的

17、話, 將存 在反射,并完全由電纜長(zhǎng)度決定(反射的狀態(tài) 。此外如果電纜被非正常使用, 如擠壓,打結(jié),或者連接器的安裝不正確,會(huì)產(chǎn)生反射,造成功率損失。更有甚 者,如果是大功率向電纜輸出(比如無(wú)線廣播臺(tái) ,反射功率可能會(huì)損壞功率源 設(shè)備。所以您必須小心防范阻抗失配問(wèn)題。并非所有的教科書中都說(shuō)明了這個(gè)不尋常的情況:當(dāng)天線把功率送回 (沒有正確 終止 ,功率可以從同軸電纜的內(nèi)芯直接穿透到電纜的外芯屏蔽網(wǎng),這時(shí)天線的 功率是最低下的。 這意味著射頻可以傳送到同軸電纜的外部, 關(guān)于同軸電纜最難 理解的概念是當(dāng)電纜被終結(jié)時(shí), (對(duì)源來(lái)說(shuō), 感抗和容抗則不存在了。注:這句話的意思不太明白。 是否在說(shuō)加一個(gè)合適

18、的終端電阻之后, 由于源的平 穩(wěn)的輸出電壓和電流, 電纜上電壓電流不會(huì)產(chǎn)生變化, 一個(gè)正確終止的電纜在源 看來(lái)是無(wú)限長(zhǎng)的。列出電纜阻抗的最大理由是其可靠的電學(xué)特征, 或者說(shuō)只是要表明其阻抗。 同軸 電纜一般承載一些離散的低振幅高頻率信號(hào)。 離散信號(hào)的信號(hào)衰減是非常嚴(yán)重的 -即便是最理想的阻抗匹配也會(huì)有半數(shù)的信號(hào)損失,少許的失配更會(huì)造成更大的 損失, 在天線發(fā)送信號(hào)的過(guò)程中尤為嚴(yán)重。 需要仔細(xì)匹配傳輸部分, 如同軸電纜, 以使信號(hào)保真并減少噪音。所謂的電容在電纜性能或傳輸能力上有什么影響嗎?如果同軸電纜被終止了則電纜上的電容沒有什么影響。 對(duì)源來(lái)說(shuō), 電纜上完全沒 有電容和電感。這種傳輸線的特性

19、被應(yīng)用在 PCB 上隱藏高頻線路的電容。工程人員可以設(shè)計(jì)出 具有恰當(dāng)?shù)碾娙莺碗姼兄档?PCB 線路,則對(duì)源來(lái)說(shuō)除了一條具有恰當(dāng)阻抗的傳 輸線,什么都覺察不到在數(shù)據(jù)傳輸中為什么特性阻抗如此重要?如果電纜被和本身特性阻抗等值的電阻終止的話, 您不能從源端區(qū)分電纜是否是 無(wú)窮長(zhǎng)的 -所有饋入電纜的信號(hào)都被電纜和負(fù)載吸收了。如果阻抗不匹配的話, 電纜中的部分波會(huì)從電纜失配處反射, 當(dāng)這些反射波碰撞 到信號(hào)發(fā)生器(源的時(shí)候,它們?cè)俅畏瓷洳⒑驼诎l(fā)射的正常信號(hào)混合,很難 區(qū)分出哪些是原始信號(hào),哪些是再次反射波。同樣地在將信號(hào)脈沖送出電纜時(shí)也是如此 -當(dāng)遇到和本電纜特性阻抗不匹配的阻 抗時(shí), 部分能量被反射

20、回源端。 如果信號(hào)脈沖到達(dá)了電纜的開路或短路端, 所有 的能量都被反射回去(除了衰減損失部分 -這是另一個(gè)話題了 。如果是其他不匹 配的終止情況,則有部分能量會(huì)反射。反射能量會(huì)使信號(hào)失真, 而且如果信號(hào)發(fā)生器的阻抗和電纜的阻抗不同的話, 能 量會(huì)被再次反射向電纜終端,形成多余的脈沖信號(hào)。我能否不加阻抗匹配地使用同軸電纜?如果電纜非常短, 電纜的阻抗對(duì)信號(hào)的影響不大。 通常使用同軸電纜的最佳傳送 方法是做阻抗匹配。 雖然有些應(yīng)用中線纜的兩端并為做正常的阻抗匹配工作。 有 些特殊的應(yīng)用則應(yīng)該在電纜的一端進(jìn)行匹配, 或者故意使兩端失配。 這些只是些 專用的場(chǎng)合, 實(shí)際上已經(jīng)仔細(xì)考慮過(guò)電纜的阻抗, 使

21、電纜及纜端終止在組合后形 成的整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生預(yù)期的傳輸效果。在此類應(yīng)用中電纜不再是一條被動(dòng)的傳輸 線,而成為電路中的信號(hào)調(diào)整元件。什么是傳播速度比?傳播速度百分比是以真空光速為基數(shù)的。 這個(gè)百分比指出電纜中的信號(hào)速度和真 空光速之比率。在合理的條件下,同軸電纜中的的傳播速度由絕緣體決定。為什么頻率增大時(shí)衰減曲線也趨向增大?這主要?dú)w結(jié)于內(nèi)外導(dǎo)體間有限的電流穿透能力(趨膚效應(yīng) 。隨著頻率增大,電 流透入導(dǎo)體的深度會(huì)隨之減小, 從而電流被封閉在金屬表面更淺薄的區(qū)域。 因此 電阻和衰減就更大。 同時(shí)在絕緣體的內(nèi)部也會(huì)有部分的能量損失, 也是造成衰減 的原因。如何將將同軸電纜中的衰減降到最低?對(duì)一條外導(dǎo)體

22、直徑固定的導(dǎo)線來(lái)說(shuō), 如果外導(dǎo)體和內(nèi)導(dǎo)體的電阻率相同, 并且假 設(shè)絕緣體沒有損失(至少要類似聚乙烯或聚四氟乙烯在高頻下的表現(xiàn) ,將下列 表達(dá)式的值控制到最小,此時(shí)同軸電纜中的損失最小。(1/d+1/ln(1/d其中 d 是內(nèi)導(dǎo)體的直徑和外導(dǎo)體的直徑之比 (原文有筆誤, 根據(jù)下文可以斷定是 內(nèi)外導(dǎo)體之比率。 本文中筆誤不少 。 使用一個(gè)簡(jiǎn)式或算子可以快速地找到答案。 D/d=3.5911相當(dāng)接近。這個(gè)公式據(jù)說(shuō)源自兩個(gè)公式,一個(gè)是同軸電纜阻抗和 D/d的關(guān)系比公式, 另一個(gè)是有關(guān)損失的公式, 可以在 Howard Sams出版的 “ Reference Data for Engineers”第七版

23、中的頁(yè) 29-13找到。一個(gè)有趣的事情要注意, 最小衰減并不直接決定導(dǎo)線的阻抗:導(dǎo)線的阻抗是由絕 緣體的介電常數(shù)決定的。對(duì)一條用空氣作絕緣層的導(dǎo)線來(lái)說(shuō),對(duì)應(yīng)的阻抗(只 D/d為 3.5911時(shí),最小衰減點(diǎn)大概為 76.71歐姆,但如果使用固體聚乙烯作絕 緣層的話,最小衰減點(diǎn)對(duì)應(yīng)的阻抗大約是 50.6歐姆。所以,不管我們將 RG-58做什么用途, 不管是做天線饋電用還是做連接測(cè)試設(shè)備用, 都很接近上述給出的 最小衰減的條件,而且絕緣體為聚乙烯。但是如果導(dǎo)線使用了傳導(dǎo)速度因子為 0.8的發(fā)泡絕緣體, 對(duì)應(yīng)最小衰減的阻抗變 成了 61歐姆。但無(wú)論如何,最小衰減是一個(gè)很重要指標(biāo),而且您的阻抗匹配如果沒

24、有偏離最佳阻抗 50%以上, (失配造成的反射不會(huì)造成太大的損失。 注意, 發(fā)泡絕緣體導(dǎo)線如果和固體絕緣體導(dǎo)線的阻抗并外徑相同的話, 發(fā)泡絕緣 體導(dǎo)線的衰減更低。 這是因?yàn)? 為了使兩者的阻抗相同, 發(fā)泡導(dǎo)線必須使用更粗 的內(nèi)導(dǎo)體,粗導(dǎo)體有更小的 RF 電阻,故此有更小的損耗。典型的電纜阻抗什么是典型的電纜阻抗?同軸電纜使用的最典型阻抗值為 50歐姆和 75歐姆。 50歐姆同軸電纜大概是使 用中最常見的,一般使用在無(wú)線電發(fā)射接收器,實(shí)驗(yàn)室設(shè)備,以太等環(huán)境下。 另一種常用的電纜類型是 75歐姆的同軸電纜,一般用在視頻傳輸,有限電視網(wǎng) 絡(luò),天線饋線,長(zhǎng)途電訊應(yīng)用等場(chǎng)合。電報(bào)和電話使用的裸露平行導(dǎo)線

25、也是典型的阻抗為 600歐姆。一對(duì)線徑標(biāo)準(zhǔn) 22的雙絞線, 使用合適的絕緣體, 因?yàn)闄C(jī)械加工的限制, 平均阻抗大約在 120歐姆 左右,這是另一種具有自己特有特性阻抗的傳輸線。某些天線系統(tǒng)中使用 300歐姆的雙引線,以匹配折合半波陣子在自由空間阻抗。 (但當(dāng)折合陣子處于八木天線中的時(shí)候,阻抗通常會(huì)下降很多,一般在 100-200歐姆左右(注:加反射板也會(huì)改變陣子的阻抗值, 一般會(huì)降低, 而且反射板越近則阻抗降 低越多。 為什么是 50歐姆的同軸電纜?在美國(guó), 用作射頻功率傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)同軸電纜的阻抗幾乎無(wú)一例外地都是 50歐姆。 為什么選用這個(gè)數(shù)值,在伯德電子公司出示的一篇論文中有解釋。不的的參數(shù)

26、都對(duì)應(yīng)一個(gè)最佳的阻抗值。內(nèi)外導(dǎo)體直徑比為 1.65時(shí)導(dǎo)線有最大功 率傳輸能力,對(duì)應(yīng)阻抗為 30歐姆(注:lg1.65*138=30歐姆,要使用空氣為絕緣 介質(zhì),因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候介電常數(shù)最小,如果使用介電常數(shù)為 2.3的固體聚乙烯,則 阻抗只有不到 20歐姆 。最合適電壓滲透的直徑比為 2.7,對(duì)應(yīng)阻抗大約是 60歐姆。 (順帶一提,這個(gè)是很多歐洲國(guó)家使用的標(biāo)準(zhǔn)阻抗當(dāng)發(fā)生擊穿時(shí), 對(duì)功率傳輸能力的考量是忽略了滲透電流的, 而在阻抗很低, 30歐姆時(shí), 滲透電流會(huì)很高。 衰減只源自導(dǎo)體的損失, 此時(shí)的衰減大約比最小衰減 阻抗 (直徑比 3.5911 77歐姆的時(shí)候上升了 50%, 而在這個(gè)比率下 (D

27、/d=3.5911 , 最大功率的上限為 30歐姆電纜最大功率的一半。以前, 很少使用微波功率, 電纜也無(wú)法應(yīng)付大容量傳輸。 因此減少衰減是最重要 的因素,導(dǎo)致了選擇 77(75歐姆為標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)也確立了硬件的規(guī)格。當(dāng)?shù)秃?的絕緣材料在實(shí)際中應(yīng)用到柔性電纜上, 電纜的尺寸規(guī)格必須保持不變, 才能和 現(xiàn)存的設(shè)備接口吻合。聚乙烯的介電常數(shù)為 2.3,以空氣(介電常數(shù)為 1為絕緣層的導(dǎo)線的阻抗為 77歐姆,如果以聚乙烯來(lái)填充絕緣空間的話,阻抗將減少為 51歐姆。雖然精確的 標(biāo)準(zhǔn)是 50歐姆, 51歐姆的電纜在今天仍然在使用。在 77歐姆點(diǎn)的衰減最小, 60歐姆點(diǎn)的擊穿電壓為最大,而 30歐姆點(diǎn)的功率輸

28、 送量是最大的。 (注:洋人的思維也如此混亂,這些性能指標(biāo)明明不是由阻抗決定的。前面說(shuō)過(guò),這些由 D/d比決定的。 閑扯這些只讓人產(chǎn)生誤解另外一個(gè)可以導(dǎo)致 50歐姆同軸電纜的事情,如果您使用一個(gè)合適直徑的中心導(dǎo) 體, 并將絕緣體注入中心倒替周圍, 再在外圍裝上屏蔽層, 選好所有的尺寸以便 別人使用并顧及到外觀的美觀,結(jié)果其阻抗都落在 50歐姆左右。如果想提高阻 抗, 中心導(dǎo)體的直徑和導(dǎo)線的總徑相比的話太細(xì)了; 如果想降低阻抗, 則內(nèi)外導(dǎo) 體之間的絕緣體厚度要做的很薄。 幾乎任何同軸電纜由于機(jī)械美觀度的原因, 都 會(huì)接近 50歐姆,這使 50歐姆成為標(biāo)準(zhǔn)化的一種自然趨向。電纜的電容和特性阻抗取一

29、條短粗的同軸電纜, 不連接任何東西, 中心導(dǎo)體和屏蔽層就形成了一個(gè)電容 器。如果一直為電容充電直至壓差為 100V ,然后將屏蔽層和中心導(dǎo)體短路,電 流有多大?電流不象普通電容那樣無(wú)窮大(由寄生電阻和電抗決定了的 ,而是由導(dǎo)線的特 性阻抗決定的的。如果是 50歐姆電纜充電到 100V ,電流會(huì)是 2安培(100/50 。 電流形成一個(gè)方波,時(shí)寬(持續(xù)時(shí)間,脈沖寬度,選哪個(gè)稱呼都一樣由電纜長(zhǎng) 度決定(大約 1.5ns/英尺,因?qū)Ь€的速度因子不同而變化 。這個(gè)例子可以用來(lái)產(chǎn)生電流脈沖到半導(dǎo)體激光器, 如果想要比此類電纜產(chǎn)生的波 長(zhǎng)更長(zhǎng)的脈沖,可以使用集總阻抗之類的東西。應(yīng)用同軸電纜如果在需要 75

30、歐姆的視頻應(yīng)用中使用了 50歐姆的電纜會(huì)怎樣?如果 50歐姆的電纜連接了 75歐姆的負(fù)載(接收器 ,會(huì)有相當(dāng)一部分的信號(hào)反 射向發(fā)射設(shè)備。因?yàn)榘l(fā)射設(shè)備也是 75歐姆的,這個(gè)反射信號(hào)會(huì)有部分再反射向 接受設(shè)備。 因?yàn)樾盘?hào)比正常信號(hào)有所延遲, 在顯示時(shí)表現(xiàn)為鬼影一樣的圖象, 大 量此類的鬼影象回聲一樣反復(fù)。同時(shí),反射在某些頻率引起部分信號(hào)損失。我如何轉(zhuǎn)換電纜的阻抗值?阻抗本身是不能轉(zhuǎn)換的, 除非您更換整一條具有其他阻抗的電纜, 如果您必須要 使用現(xiàn)存的電纜, 那有一個(gè)方法可行:進(jìn)行阻抗轉(zhuǎn)換。 由于有種轉(zhuǎn)換器可以使用, 兩端都安裝該轉(zhuǎn)換器的的電纜好象具有了不同阻抗。有些地方是可以用電阻轉(zhuǎn)接器來(lái)轉(zhuǎn)換電纜阻抗的, 轉(zhuǎn)接器比轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)單, 但使用 中一般有很顯著的信號(hào)損失。 (