電纜的特性阻抗

電纜的阻抗術(shù)語音頻：人耳可以聽到的低頻信號(hào)。范圍在20-20kHz。視頻：用來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）也大過音頻很多，少說也有0-6MHz。射頻：可以通過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）。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。1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）,貝y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被寫成后面這個(gè)形式：Zo=y（R+2KfL）/CG+j^2Tifc）'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)）n=3.1416?=單位長(zhǎng)度電纜的電感量。=單位長(zhǎng)度電纜的電容量注：線圈的感抗等于XL=2nfL，電容的容抗等于XC=l/2nfL。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說，和2nfc相比，G微不足道可以忽略。在低頻情況，和R相比2nfL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。等式成為乙二J『2TTfL）/（r2TTfC）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電纜。如果電纜的長(zhǎng)度和該交流信號(hào)頻率的波長(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(zhǎng)=卩（N'2/I）S

卩=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，由于在乘積中約除了有關(guān)頻率部分，所以有些資料中說特性阻抗和頻率無關(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)稱的過濾裝置排列起來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)理論是無線電工業(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)部和虛部簡(jiǎn)單的傳輸線分布參數(shù)圖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。下列方程可以用來計(jì)算同軸電纜的特性阻抗：（摘自ReferenceDataforRadioEngineersbookpublishedbyHowardW.Sams&Co.1975,21）同軸電纜的特性阻抗計(jì)算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，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)度無論如何都無法影響特性阻抗。如果同軸電纜使用的傳輸頻率過高，則波會(huì)以我們不期望的方式傳播，（就是說會(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。下列公式可以用來計(jì)算接近地面的平衡傳輸線的特性阻抗（摘自ReferenceDataforRadioEngineersbookpublishedbyHowardW.Sams&Co.1975,22）Zo=（2花/館）*1gJ（2D/cl）*（l+（D/2h）a）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1）h=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)雙絞線來說，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歐姆左右?，F(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：我能否使用萬用表來測(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)。萬用表是用直流電流來測(cè)量電阻

值的，所以不能用萬用表或其他簡(jiǎn)單的測(cè)量設(shè)備來測(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)系式來確定Z0比使用設(shè)備測(cè)量要簡(jiǎn)單很多。在給定的頻率，可以這樣來推算電

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，用下面的等式來確定ZO:Zo二JZoc*Zsc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60~70%來傳遞交流電，換個(gè)說法就是每秒傳遞19.5萬公里。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

4~5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題相

比，算不上什么。標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(hào)很少有超過10MHz的，其大概波長(zhǎng)大概是20米。這樣高的頻率足以使特性第5頁共13頁阻抗開始對(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100MHz,

所以即便是很短的電纜傳輸，也要考慮到正確的阻抗匹配問題。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題。并非所有的教科書中都說明了這個(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)源來說，）感抗和容抗則不存在了。注：這句話的意思不太明白。是否在說加一個(gè)合適的終端電阻之后，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是無限長(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)源來說，電纜上完全沒有電容和電感。這種傳輸線的特性被應(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)碾娙莺碗姼兄档腜CB線路，則對(duì)源來說除了一條具有恰當(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)考慮過電纜的阻抗，使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)體直徑固定的導(dǎo)線來說，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HowardSams出版的“ReferenceDataforEngineers”第七版中的頁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)線來說，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)椋瑸榱耸箖烧叩淖杩瓜嗤?，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，用作射頻功率傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)同軸電纜的阻抗幾乎無一例外地都是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)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：lgl.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/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)秃牡慕^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。前面說過，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。第8頁共13頁電纜的電容和特性阻抗

取一條短粗的同軸電纜，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ioov，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

導(dǎo)線的速度因子不同而變化）。這個(gè)例子可以用來產(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。（75歐姆轉(zhuǎn)換到50歐姆典型的損失有6dB左右）電路板上印刷電路的阻抗電路板上的線路能夠發(fā)送高速信號(hào)，前提條件是要仔細(xì)地調(diào)整線路的阻抗，使其和源驅(qū)動(dòng)元件（芯片）的阻抗及目的地元件阻抗想匹配。如果可以控制好板面上線路的線厚，線寬，線高，微帶線可以表現(xiàn)為某個(gè)阻值的特性阻抗。特性阻抗公式Z=（87//ErPT41）*ln［（5.98*h）/（0.8*w+t）］其中Er=介電常數(shù)（典型的玻璃纖維板為4.8）h=絕緣體的高度（電路線和玻璃纖維板底面之間的距離）t=銅質(zhì)線路的厚度w=銅質(zhì)線路的寬度介電常數(shù)Er對(duì)于常規(guī)0.0062〃（0.062英寸=1.57mm）的玻璃纖維來說是4.8。使線路的厚度保持為0.00134"，寬度保持0.109"，則其微帶線的阻抗控制為50歐姆。

當(dāng)為電路板安排線路的時(shí)候，差動(dòng)線路對(duì)應(yīng)該保持相同的長(zhǎng)度，同時(shí)這些線路應(yīng)該盡可能地

短。不同阻抗之間的阻抗匹配如果兩條具有不同阻抗的電纜連接在一起，或者電纜連接到具有不同阻抗的信號(hào)源時(shí)，則需要做阻抗匹配工作以避免連接處發(fā)生信號(hào)反射。使用轉(zhuǎn)換器進(jìn)行阻抗匹配異阻抗匹配的最正統(tǒng)方法是使用具有正確阻抗轉(zhuǎn)換率的匹配轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器的阻抗轉(zhuǎn)換率有

下面的公式計(jì)算：Za/Na=Zb/Nb2其中Za=輸入阻抗Na=輸入線圈的匝數(shù)Zb=輸出阻抗Nb=輸出線圈的匝數(shù)等式可以轉(zhuǎn)化為另一種形式Zb=Za*（Nb/Na）'從這個(gè)等式可以看出，匝數(shù)比和兩級(jí)線圈間的電壓轉(zhuǎn)換比相等。這意味可以使用電壓比套入公式，而不必知道確切的匝數(shù)比。（注：這種異阻抗匹配實(shí)際上是使用變壓器進(jìn)行的，由于翻譯的通順使用了轉(zhuǎn)換器一詞，實(shí)

際上transformer的中文意思之一就是變壓器）使用電阻打造阻抗匹配網(wǎng)下圖所示的匹配網(wǎng)絡(luò)可以用來進(jìn)行異阻抗間的匹配，假定Z1的電阻大于Z2的電阻||Z1||R2 Z2Z1|_||+ 注：圖中是兩個(gè)平行傳輸網(wǎng)的匹配。）電路中的電阻可以用下面等式計(jì)算表預(yù)算出了幾個(gè)常用接口數(shù)值：Z1Z2R1R2衰減(ohm)(ohm)(ohm)(ohm)(dB)755042,382,55,71505012161,99,93005027451,113,4150751101107,63007524382.511,4可以看到表中所列簡(jiǎn)單電阻基礎(chǔ)上的阻抗匹配，會(huì)在轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生相當(dāng)大的信號(hào)衰減。數(shù)據(jù)電纜中特性阻抗的解析一、概述在現(xiàn)在各類型號(hào)的數(shù)據(jù)電纜生產(chǎn)中，最重要也是最基本的四個(gè)參數(shù)：特性阻抗（IMPEDANCE）、衰減（ATTENUATION）、近端串音（NEAR-ENDCROSSTALK）、結(jié)構(gòu)回波損耗（SRL）。相比之下，這四個(gè)參數(shù)中最難控制應(yīng)是特性阻抗，尤及對(duì)于特殊的多工序控制的數(shù)據(jù)纜，如阻水五類纜（UTP-ZS）、屏蔽五類纜（FTP）等。怎樣使其與衰減達(dá)到平衡，怎樣使其波動(dòng)范圍控制在100+150之內(nèi)。本文主要是從理論和實(shí)際操作中的經(jīng)驗(yàn)所得來對(duì)特性阻抗的控制進(jìn)行分析。（由于數(shù)據(jù)電纜屬典型的對(duì)稱通信電纜，所以以下所有的計(jì)算都基于理想的對(duì)稱回路）二、計(jì)算（一） 、特性阻抗數(shù)值（ZC）的理論計(jì)算：ZC=（R2+?2L2/G2+?2C2）1/4其中的R、G、L、C為線路的一次傳輸參數(shù)（單個(gè)回路的電阻、電導(dǎo)、電感、電容）。由于數(shù)據(jù)纜的應(yīng)用環(huán)境為100MHz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于30KHz,屬高頻范圍，所以有?L》R，?C》G,故有ZC=（R2+?2L2/G2+?2C2）1/4-（?2L2/?2C2）1/4=（L/C）1/2,由以上式中可以看出要想算出ZC,只要知道L、C就可以了。（二） 、孤立回路電感（L）的理論計(jì)算：當(dāng)回路通以交流電后，則在回路的導(dǎo)電線芯中和回路周圍產(chǎn)生磁通①，導(dǎo)電線芯內(nèi)的叫內(nèi)磁通，導(dǎo)電線芯外的叫外磁通。電感為磁通①與引起磁通的電流I之比，所以相應(yīng)的內(nèi)外磁通亦有內(nèi)外電感（L內(nèi)和L外），總電感為L(zhǎng)=L內(nèi)+L外。L內(nèi)為導(dǎo)線內(nèi)部的磁通與流過導(dǎo)線的電流之比所決定的。它的計(jì)算公式可在求二孤立導(dǎo)線有效電阻時(shí)，其復(fù)數(shù)功率的虛部來求得。其計(jì)算公式如：L內(nèi)=0(x)*10-4(亨/公里)L外是導(dǎo)線外(與回路本身所交鏈的)磁通與流過被交鏈導(dǎo)線中電流之比，即L夕h=Q/I。回路的磁場(chǎng)分布如圖1所示。回路兩導(dǎo)線中，由導(dǎo)線a電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度為HA=I/2nr,由導(dǎo)線b中電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度為Hb=I/2n(a-r),由圖1中可以看出H=Ha+Hb=I(l/r+l/(a-r))/2n，由此L外可由式L=gH/I求得。L外=JrAA-rb[I(l/r+l/(a-r))/2n]dr/I回路兩導(dǎo)線ra=rb=d/2,貝VL外=Mln((2A-d)/d)/2n。由于回路中間為非磁性介質(zhì)，卩=卩屮0=4兀*10-7亨/米，則有L外=4ln((2a-d)/d)*10-7亨/米或L夕卜=4ln((2a-d)/d)*10-4亨/公里由以上可以得出回路的總電感為L(zhǎng)=L內(nèi)+L夕卜=九[4ln((2A-d)/d)+Q(x)]*10-4亨/公里(1)式中：1、九一總的絞合系數(shù)；2、 A—回路兩導(dǎo)線中心間距離(毫米)；3、 d一導(dǎo)電線芯直徑(毫米)；4、 Q(x)—為x=Kd/2的特定函數(shù)，其值隨頻率的增加而減少，當(dāng)在高頻時(shí)接近為零。由式(1)中分析可以看出外電感決定于導(dǎo)電線芯的直徑和導(dǎo)電線芯間的距離，內(nèi)電感決定導(dǎo)電線芯本身的特性(如導(dǎo)線直徑、材料的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率)和傳輸電流的頻率，還有他倆也都和絞合的情況有關(guān)。孤立回路電容(C)的理論計(jì)算：回路的電容和一般電容器的電容相似，兩根導(dǎo)線相當(dāng)于兩個(gè)極板，導(dǎo)線間的絕緣相當(dāng)于電容器極板間的介質(zhì)。因此導(dǎo)線上帶有的電荷的電量Q與兩導(dǎo)線間的電位差U之比，為該回路的電容，即C=Q/U。孤立二導(dǎo)線間的工作電容。兩導(dǎo)線的圖可參照?qǐng)D1，導(dǎo)線a上的電荷Q在距導(dǎo)線a為r點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度Ea=Q/2nrs,導(dǎo)線b上的電