这可能是一个非常简单的问题,但我似乎无法在任何地方找到明确的答案。我猜 50Ω 电缆意味着每单位长度 50Ω。
这是什么单位长度?如果这不是它的定义,它是如何定义的?
这可能是一个非常简单的问题,但我似乎无法在任何地方找到明确的答案。我猜 50Ω 电缆意味着每单位长度 50Ω。
这是什么单位长度?如果这不是它的定义,它是如何定义的?
我看到你有一些准确但可能难以理解的答案。我会尽量给你一个更好的直观感觉。
考虑一下当您第一次在长电缆的末端施加电压时会发生什么。电缆有一些电容,因此会消耗一些电流。如果这就是它的全部,你会得到一个很大的电流尖峰,然后什么都没有。
但是,它也有一些串联电感。你可以用一个小串联电感来近似它,然后是一个对地的小电容,然后是另一个串联电感,等等。这些电感器和电容器中的每一个都模拟了一小段电缆长度。如果你把那个长度变小,电感和电容就会下降,并且在相同的长度上有更多的电感和电容。但是,电感与电容的比率保持不变。
现在想象一下您最初施加的电压沿电缆传播。每走一步,它都会给一点电容充电。但是,这种充电会因电感而减慢。最终结果是施加到电缆末端的电压传播速度比光速慢,并且它以需要恒定电流的方式沿电缆长度对电容充电。如果你施加了两倍的电压,电容器将被充电到两倍的电压,因此需要两倍的电荷,这将需要两倍的电流来提供。您所拥有的是电缆消耗的电流与您施加的电压成正比。哎呀,这就是电阻的作用。
因此,当信号沿电缆传播时,电缆看起来对源具有电阻。这个电阻只是电缆的并联电容和串联电感的函数,与它连接到另一端的东西无关。这是电缆的特性阻抗。
如果您的工作台上有一个足够短的电缆线圈,以至于您可以忽略导体的直流电阻,那么这一切都按照描述的方式工作,直到信号传播到电缆的末端并返回。在那之前,它看起来像是一条连接到驱动它的无限电缆。事实上,它在特性阻抗上看起来就像一个电阻。例如,如果电缆足够短并且您将末端短路,那么最终您的信号源将看到短路。但是,至少在信号传播到电缆末端并返回的时间里,它看起来像特征阻抗。
现在想象一下,我在电缆的另一端放置了一个具有特性阻抗的电阻器。现在电缆的输入端将永远看起来像一个电阻器。这称为电缆端接,具有使阻抗随时间保持一致并防止信号到达电缆末端时反射的良好特性。毕竟,在电缆的末端,另一段电缆在特性阻抗下看起来与电阻器相同。
当我们谈论 50 欧姆电缆时,我们谈论的是与集总阻抗不太一样的特性阻抗。
当有信号在电缆中传播时,就会有与该信号相关的电压波形和电流波形。由于电缆的电容和电感特性之间的平衡,这些波形的比率将是固定的。
当电缆具有 50 欧姆的特性阻抗时,这意味着如果功率仅在一个方向上传播,那么在沿线路的任何一点,电压波形和电流波形的比率为 50 欧姆。该比率是电缆几何形状的特征,并且不会随着电缆长度的变化而增加或减少。
如果我们尝试在电压和电流不适合该电缆的比率的情况下施加信号,那么我们必然会导致信号在两个方向上传播。这基本上是当端接负载与电缆特性阻抗不匹配时发生的情况。负载不能支持相同的电压与电流比,而不会产生反向传播信号以使事物加起来,并且您会产生反射。
理论上,如果您示例中的电缆无限长,那么您将测量两条引线之间的 50Ω 阻抗。
如果您的电缆比无限短,但比信号波长的大约 10% 长* \$\lambda = \dfrac{c}{f}\$(其中 \$c\approx 3\cdot 10^8 \text{ [m/s]}\$),然后进入传输线区域。因此,对于 1MHz 的频率,波长约为 300m,十分之一为 30m。因此,如果您使用的是 1MHz 和短于 30m 的电缆,则不必过多担心其阻抗。
*) 实际上电缆中的波长比真空中的短。为了安全起见,例如,只需将波长乘以 2/3。因此,在实践中,您的 1MHz 电缆担忧阈值应为 30m*2/3 = 20m。
其他答案写了比较理论的文章,我会尽量提供一些高层次的实用信息。
在实践中,这意味着您希望在电缆的两端使用一个电阻器来终止电缆,该电阻器等于您可以传输相当干净的信号的特性阻抗。如果您没有正确端接电缆,则会出现反射。
反射可能会在接收器端扭曲(或衰减)您的信号。
顾名思义,反射也从电缆的远端返回到发射器。通常射频发射器无法处理大的反射信号,您可能会炸毁功率级。这就是为什么如果没有连接天线,通常强烈建议不要为发射器供电的原因。
电缆的特性阻抗与其物理长度无关。可视化非常复杂,但是如果您考虑一根长电缆,一端负载 100 欧姆,另一端负载 10 伏电池,并问自己连接 10 伏电池时,有多少电流将流过电缆。
最终会有 100 mA 的电流流过,但是在电流从电缆中流过且尚未到达负载的短时间内,10 伏电池会降低多少电流?如果电缆的特性阻抗为 50 欧姆,则将流过 200mA,这表示功率为 2 瓦 (10 V x 200 mA)。但是这个功率不能全部被 100 ohm 电阻“消耗”,因为它需要 10V 时的 100 mA。多余的功率从负载反射回来并备份到电缆上。最终事情平静下来,但在使用电池后的短时间内,情况就不同了。
电缆的特性阻抗由电缆的尺寸和形状决定。这导致定义其特性阻抗 Z\$_0\$ 的四个参数: -
\$Z_0 = \sqrt{\dfrac{R+j\omega L}{G+j\omega C}}\$
在哪里
在音频/电话领域,电缆特性阻抗通常近似为: -
\$Z_0 = \sqrt{\dfrac{R}{j\omega C}}\$
这在大约 100 kHz 时是合理的,因为系列 R 通常比 \$j\omega L\$ 大得多,而 G 通常可以忽略不计。
在 RF(通常为 1MHz 或更高)下,电缆被认为具有以下特性阻抗: -
\$Z_0 = \sqrt{\dfrac{L}{C}}\$
因为 \$j\omega L\$ 支配 R,并且如前所述,G 被认为可以忽略不计,但是,在 100MHz 以上的频率下,介电损耗开始增加,公式中有时会使用 G。