特性阻抗

特性阻抗

特性阻抗,又稱特徵阻抗,它不是直流電阻,屬於長線傳輸中的概念。在高頻範圍內,信號傳輸過程中,信號沿到達的地方,信號線和參考平面(電源或地平面)間由於電場的建立,會產生一個瞬間電流,如果傳輸線是各向同性的,那麼只要信號在傳輸,就始終存在一個電流I,而如果信號的輸出電平為V,在信號傳輸過程中,傳輸線就會等效成一個電阻,大小為V/I,把這個等效的電阻稱為傳輸線的特性阻抗Z。信號在傳輸的過程中,如果傳輸路徑上的特性阻抗發生變化,信號就會在阻抗不連續的結點產生反射。影響特性阻抗的因素有介電常數、介質厚度、線寬以及銅箔厚度。特性阻抗的測量單位為歐姆,在高頻段頻率不斷提高時,特性阻抗會漸近於固定值。

類比說明


現象類比:運輸線的糟糕路況(類似傳輸線里的特性阻抗)會影響運輸車隊的速度,路越窄,路的阻礙作用越大(特性阻抗大,通過的無線電波能量就小);路越寬、路況越好,通過的車隊速度越快(通過的無線電波能量越多)。假若一段路況特別好,另一段路況特別差,從路況好的路段進入差的路段,車隊就需要放慢速度。這就說明兩段路的路況不匹配(阻抗不匹配)。
特性阻抗是射頻傳輸線影響無線電波電壓、電流的幅值和相位變化的固有特性,等於各處的電壓與電流的比值,用表示。在射頻電路中,電阻、電容、電感都會阻礙交變電流的流動,合稱阻抗。電阻是吸收電磁能量的,理想電容和電感不消耗電磁能量。阻抗合起來影響無線電波電壓、電流的幅值和相位。同軸電纜的特性阻抗和導體內、外直徑大小及導體間介質的介電常數有關,而與工作頻率傳輸線所接的射頻器件以及傳輸線長短無關。也就是說,射頻傳輸線各處的電壓和電流的比值是一定的,特徵阻抗是不變的。
目前無線通信系統射頻器件有兩種特性阻抗,一種是50W,用于軍用微波、GSM、WCDMA等系統;另一種是75W,用於有線電視系統,一般應用較少。

定義簡介


假設一根均勻電纜無限延伸,在發射端的在某一頻率下的阻抗稱為“特性阻抗”。

測量方法


測量特性阻抗時,可在電纜的另一端用特性阻抗的等值電阻終接,其測量結果會跟輸入信號的頻率有關。

測量單位


​特性阻抗的測量單位為歐姆。在高頻段頻率不斷提高時,特性阻抗會漸近於固定值。
例如同軸線將會是50或75歐姆;而雙絞線(用於電話及網路通訊)將會是100歐姆(在高於1MHz時)。
粗同軸電纜與細同軸電纜是指同軸電纜的直徑大還是小。粗纜適用於比較大型的局部網路,它的標準距離長、可靠性高。由於安裝時不需要切斷電纜,因此可以根據需要靈活調整計算機的入網位置。但粗纜網路必須安裝收發器和收發器電纜,安裝難度大,所以總體造價高。相反,細纜安裝則比較簡單,造價低,但由於安裝過程要切斷電纜,兩頭須裝上基本網路連接頭(BNC),然後接在T型連接器兩端,所以當接頭多時容易產生接觸不良的隱患,這是目前運行中的乙太網所發生的最常見故障之一。

國內標準


計算機網路一般選用RG-8乙太網粗纜和RG-58乙太網細纜。(50歐)
RG-59 用於電視系統。(75歐)
RG-62 用於ARCnet網路和IBM3270網路。(93歐)
特性阻抗與材料相對介電常數絕緣內外徑等因素有關。