传输线特性阻抗基知识
实验1 理想微带传输线特性阻抗模拟
實驗一理想微帶傳輸線特性阻抗模擬ㄧ、原理說明一般常見的電子電路都是以集總模式(lumped mode)來描述電路的行為，主要的假設是電路的工作波長遠大於實際電路尺度的大小，在頻率很低時可以得到相當正確的近似。
然而電路工作頻率變高時，也就是說工作波長與實際電路尺度大小差不多時，以集總模式來描述電路的行為其誤差相當大，因此必須以分散式模式(distributed mode )來考慮電路的行為，分散式模式的做法是將電路分成很小的片段，每一小片段可用電阻、電容及電感代表小片段的電路的行為，將每一小片段整合起來即為整個電路的行為。
圖1.1為傳輸線的等效電路圖，根據此圖可列出電壓在x+ x與x處的電壓差方程式，配合圖1.1 傳輸線的等效電路圖RLCG 元件可得出公式(1-1)，同理可得出電流方程式(1-2)。
兩邊同時除以∆x ，可得公式(1-3)及(1-4)兩邊對x 微分，得公式(1-5)及(1-6)將公式(1-4)及(1-6)代入公式(1-5)，得 以極座標向量(phasor notation)表示電壓電流可得到頻率領域的表示式(,)(,)(,)(,)()(,)()(1-1)(,)(,)(,)(,)()(,)()(1-2)i x t v x x t v x t v x t R x i x t L x tv x x t i x x t i x t i x t G x v x x t C x t∂+∆-=∆=-∆-∆∂∂+∆+∆-=∆=-∆+∆-∆∂(,)(,)(,) (1-3)(,)(,)(,) v x t i x t Ri x t L x t i x t v x t G v x t Cxt∂∂=--∂∂∂∂=--∂∂ (1-4)222222(,)(,)(,) (1-5)(,)(,)(,) v x t i x t i x t R L xx x ti x t v x t v x t GCt xtt∂∂∂=--∂∂∂∂∂∂∂=--∂∂∂∂ (1-6)22222222(,)(,)(,)()(,)0 (1-7)(,)(,)(,)()(,)0 (1-8)v x t v x t v x t RC LG LCRG v x t xt ti x t i x t i x t RC LG LCRG i x t xtt∂∂∂-+--=∂∂∂∂∂∂-+--=∂∂∂(,)Re[()] (1-9)(,)Re[()] jwtjwtv x t V x e i x t I x e== (1-10)式中之α為衰減常數(attenuation constant)而β為相位常數(phase constant)，而傳輸線的特性阻抗，Z o ，定義為對於無損失之傳輸線R=G=0，所以γ=j β=jw(LC)1/2，傳輸線的特性阻抗(characteristic impedance)及傳輸延遲時間(propagation delay)參考圖1.2為具有負載端之傳輸線反射率222222()()()()()0 (1-11)()()()()()0 (1-12)d V x jw RC LG V x RG w LC V x dxd I x jw RC LG I x RG w LC I x dx-+--=-+--=222222()()0 (1-13)()()0 (1d V x V x dxd I x I x dxγγ-=-=2-14)w here w ave propagation constant(R jw L)(G jw C )γ=++222()()0 () (1-15)()() (1-16)xxd V x V x V x VeVedtR jw L G jw C j γγγγαβ-+--=⇒=+=++=+--++--+--++=+=-=-+=+-=+-=VjwLR I V jwLR I eI eI e VeVjwLR dxx dV jwLR x I x I jwL R dxx dV xxx xγγγγγγγ , )()(1)()()()(jwCG jwL R jwLR IV IV Z ++=+===--++γ0LCT CL Z d o == ,負載端的反射係數(reflection coefficience)，ΓL沿著為若負載端接上Z L 的負載，則負載端的反射係數ΓL 及傳輸線路的徑阻抗Z(x)為輸入端的阻抗Z in 為xL xxxxxeeVV eVe V x V incident x V reflected x eVeV x V γγγγγγ22 )()()()(Γ====Γ+=+--+---+)0(Γ==Γ+-VV L rxL x rx L x rxL xrxL xeee e Z x I x V x Z e eZ Vx I e e V x V Γ-Γ+==Γ-=Γ+=---+-+γγγγ0)()()()()()()()(1)(1)(|| and 11000x x Z x Z Z Z Z Z eΓZ Z L L j L LLL L Γ-Γ+=+-=Γ=Γ-Γ+=φ圖1.2 具有終端負載的傳輸線ljZ Z l jZ Z Z eZ Z eZ Z e Z Z e Z Z Z eee e Z l Z Z L L lL lL l L l L lL ll L l in ββγγγγγγγγtanh tanh )()()()()(000000000++=--+-++=Γ-Γ+=-=----對於無損失之傳輸線輸入端的阻抗Z in 為傳輸線長度、訊號頻率、終端負載及傳輸線特性阻抗的函數。
pcb阻抗板‘特性阻抗;基础知识
4.2.2.2 T1/B1 分别相连的测试线长一般为 100mm，线宽与板内生产板内阻抗线宽度一致，且线面盖阻焊 油墨；
d 4.2.2.3 T1-T2/T2-B2/B2-B1/B1-T1 的两个相邻孔中心距一般为 2.54mm; e 4.2.2.4 其中，T1 仅与 TOP 层阻抗测试线相连，T2 仅与 TOP 面第 2 层内层相连；B1 仅与 BOT 层阻抗测 r 试线相连，B2 仅与 BOT 层第 2 层相连。 te 阻抗条的设计图例：
深圳顺易捷科技有限公司
Shenzhen ShunYiJie Technology Co., Ltd.
5.3 CPU 载板的 TDR 测试
d Hioki 公司 2001 年六月才在 JPCA 推出的“1109 Hi Tester”，为了对 1.7GHz 高速传输 FC/PGA 载板在 Z0 方
面的正确量测起见，已不再使用飞针式（Flying probe）快速移动的触测，也放弃了 SMA 探棒式的 TDR 手动
3.3 但当上述微带线中 Z0 的四种变数（w、t、h、 r）有任一项发生异常，例如图中的讯号线出现缺口
e 时，将使得原来的 Z0 突然上升（见上述公式中之 Z0 与 W 成反比的事实），而无法继续维持应有的稳 UnRegister 定均匀（Continuous）时，则其讯号的能量必然会发生部分前进，而部分却反弹反射的缺失
4． 2 示意图说明：
4．2．1 阻抗线的位置
一般加在生产板 PNL 边上或在客户允许的前提下加在 SET 边上
4．2．2 阻抗线的规格说明
4．2．2．1 T1、T2/B1、B2 为四个 PTH 孔，一般为喷锡成形孔，成品孔径为 1.00mm 左右，RING（成品 焊环）要求为 0.16-0.20mm;
总复习传输线方程及其解
无耗线工作状态分析
传输线上反射波的大小，可用反射系数的模、 传输线上反射波的大小，可用反射系数的模、驻 波比和行波系数三个参量来描述。 波比和行波系数三个参量来描述。 反射系数模的变化范围为 0 ≤ Γ ≤1 驻波比的变化范围为 行波系数的变化范围为
1≤ ρ ≤ ∞
0 ≤ K ≤1
传输线的工作状态一般分为三种： 传输线的工作状态一般分为三种： (1)行波状态 (1)行波状态 Γ = 0, ρ = 1, K = 1
2、传播常数 无耗线
γ = ( R1 + jω L1 )(G1 + jωC1 ) = α + j β β = ω L1C1
α =0
分布参数阻抗
EG
ZG
I0 V0
z =0
α , β , Z0
I
IL
V
VL
ZL
l
d =0
传输线终端接负载阻抗Z 距离终端d 传输线终端接负载阻抗 L时，距离终端 处向负载方向 看去的输入阻抗定义为该处的电压U 与电流I 之比， 看去的输入阻抗定义为该处的电压 (z)与电流 (z)之比， 与电流 之比 即
传输线的输入阻抗 （从d点向负载看的输入 阻抗，或视在阻抗） 阻抗，或视在阻抗）
Z L + jZ 0 tg β d Z in (d ) = Z 0 Z 0 + jZ L tg β d
对给定的传输线和负载阻抗， 对给定的传输线和负载阻抗，线上各点的输入 的不同而作周期变化， 阻抗随至终端的距离d 的不同而作周期变化，是一 分布参数阻抗。它不能直接测量。 种分布参数阻抗。它不能直接测量。
选取驻波最小点为测量 Z ( d ) = Z / VSWR = Z / ρ in min 0 0 ——距离负载的第一 点——距离负载的第一 个电压驻波最小点位置 ；终端短路，确定电压波节点 终端短路，
射频电路第3次课-1.7传输线及特性阻抗
波导传输射频信号的优点是功率容量大、损耗低，特 别适合波长在10cm以上的波段。它的缺点是体积大 重量大。 同轴电缆适合传输信号功率不大，对传输线损耗要求 不高的场合。 平行线是两条材质和直径相同，在绝缘介质的支撑下 相互平行的导线。它的特点是结构简单、成本低廉， 早期无线电视经常用它作为天线的馈线。 近年来，随着航天科技、移动通信和以RFID为基础 的物联网的发展，对射频元器件的小型化、轻量化、 宽频带、易集成等提出了更高的要求。因此又发展了 PCB微带线和带状线。 几种传输线的横截面结构
需要注意的是，特性阻抗是在行波传输时 测得的，仅对射频信号有意义，它反映传 输线对射频信号的传输特性。它不是传输 线的直流电阻。 如果传输射频信号的传输线的特性阻抗不 一致，在某处发生了变化，射频信号就会 在阻抗变化处产生反射。 从分布参数理论来看，传输线是一个分布 参数系统。传输线的分布参数通常用单位 长度上的电感L、电容C、电阻R和电导G 来表示。
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RG-8/U 或 RG-8/ AU 50Ω 大直径 RG-58/U 或 RG-58/AU 50Ω 小直径 RG-174/U 或 RG-174/AU 50Ω 微直径 RG-11/U 或 RG-11/AU 75Ω 大直径 RG-59/U 或 RG-59/AU 75Ω 大直径 大直径同轴电缆较之小直径同轴电缆的信号损失要 稍微小些。当传输距离很长时可以考虑使用大直径 同轴电缆。一般短距离传输选择小直径(RG-58/U或 RG-59/U)同轴电缆,例如，作为接收天线馈线, 因为 它们更容易敷设。 微直径的RG-174主要作为器件之间的连接(例如接收 器和预选器之间),在平衡变压器、共轴转换器和仪 器上应用,有时也用在接收天线上。
传输线理论基础知识..
根据复数值与瞬时值的关系并假设A1、A2为实数，则沿线电压的瞬时 值为
现在研究行波状态下电压和电流的沿线变化情况。为讨论方便，距离 变量仍然从始端算起，由于U2 − Z0 I0 ＝0，A2=0，U r(z) =0。考虑到γ =α + jβ ，因此公式（2-14）和（2-15）简化为：
（ 2）工作频带要宽，以增加传输信息容量和保证信号的无 畸变传输； （3）在大功率系统中，要求传输功率容量要大； （4）尺寸要小，重量要轻，以及能便于生产和安装。 (为了满足上述要求，在不同的工作条件下，需采用不同型式 的传输线。在低频时,普通的双根导线就可以完成传输作用,但是, 随着工作频率的升高 , 由于导线的趋肤效应和辐射效应的增大使 它的正常工作被破坏 .因此,在高频和微波波段必须采用与低频时 完全不同的传输线形式)
解得：
将上式代入式（2-6）第一式和式（2-7），注意到l − z = z′ ,并整理求得
2.2.2 已知均匀传输线始端电压U1和始端电流I1
将z=0、U（0）=U1 、I（0）=I1代入式（2-6）第一式和式（2-7）便可 求得
将上式代入式（2-6）和式（2-7），即可得
2.3 均匀传输线入射波和反射波的叠加
几种典型传输线的分布参数计算公式列于表1-1中。 表中μ0、ε分别为对称线周围介质的磁导率和介电常数。
有了分布参数的概念，我们可以将均匀传输线分割成许 多微分段dz（dz＜＜λ），这样每个微分段可看作集中参数电 路。其集中参数分别为R1dz、G1dz、L1dz及C1dz，其等效电 路为一个Γ型网络如图1-1（a）所示。整个传输线的等效电路 是无限多的Γ型网络的级联，如图1-1（b）所示。
传输线特性阻抗(精)
传输线特性阻抗传输线的基本特性是特性阻抗和信号的传输延迟，在这里，我们主要讨论特性阻抗。
传输线是一个分布参数系统，它的每一段都具有分布电容、电感和电阻。
传输线的分布参数通常用单位长度的电感L和单位长度的电容C以及单位长度上的电阻、电导来表示，它们主要由传输线的几何结构和绝缘介质的特性所决定的。
分布的电容、电感和电阻是传输线本身固有的参数，给定某一种传输线，这些参数的值也就确定了，这些参数反映着传输线的内在因素，它们的存在决定着传输线的一系列重要特性。
一个传输线的微分线段l可以用等效电路描述如下：传输线的等效电路是由无数个微分线段的等效电路串联而成，如下图所示：从传输线的等效电路可知，每一小段线的阻抗都是相等的。
传输线的特性阻抗就是微分线段的特性阻抗。
传输线可等效为：Z0 就是传输线的特性阻抗。
Z0描述了传输线的特性阻抗，但这是在无损耗条件下描述的，电阻上热损耗和介质损耗都被忽略了的，也就是直流电压变化和漏电引起的电压波形畸变都未考虑在内。
实际应用中，必须具体分析。
传输线分类当今的快速切换速度或高速时钟速率的PCB 迹线必须被视为传输线。
传输线可分为单端（非平衡式）传输线和差分（平衡式）传输线，而单端应用较多。
单端传输线路下图为典型的单端（通常称为非平衡式）传输线电路。
单端传输线是连接两个设备的最为常见的方法。
在上图中，一条导线连接了一个设备的源和另一个设备的负载，参考（接地）层提供了信号回路。
信号跃变时，电流回路中的电流也是变化的，它将产生地线回路的电压降，构成地线回路噪声，这也成为系统中其他单端传输线接收器的噪声源，从而降低系统噪声容限。
这是一个非平衡线路的示例，信号线路和返回线路在几何尺寸上不同高频情况下单端传输线的特性阻抗（也就是通常所说的单端阻抗）为：其中：L为单位长度传输线的固有电感，C为单位长度传输线的固有电容。
单端传输线特性阻抗与传输线尺寸、介质层厚度、介电常数的关系如下：与迹线到参考平面的距离（介质层厚度）成正比与迹线的线宽成反比与迹线的高度成反比与介电常数的平方根成反比单端传输线特性阻抗的范围通常情况下为25Ω至120Ω，几个较常用的值是28Ω、33Ω、50Ω、52.5Ω、58Ω、65Ω、75Ω。
关于天线传输馈线的基本知识
关于天线传输馈线的基本知识1、传输线的特性阻抗无限长传输线上各处的电压与电流的比值定义为传输线的特性阻抗，用Ｚ0 表示。
同轴电缆的特性阻抗的计算公式为：Ｚ0＝〔60/√εr〕×Log ( D/d ) [ 欧]式中：D 为同轴电缆外导体铜网内径；d 为同轴电缆芯线外径；εr为导体间绝缘介质的相对介电常数。
通常Ｚ0 = 50 欧，也有Ｚ0 = 75 欧的。
由公式不难看出，馈线特性阻抗只与导体直径D和d以及导体间介质的介电常数εr有关，而与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗无关.2、馈线的衰减系数信号在馈线里传输，除有导体的电阻性损耗外，还有绝缘材料的介质损耗。
这两种损耗随馈线长度的增加和工作频率的提高而增加。
因此，应合理布局尽量缩短馈线长度。
单位长度产生的损耗的大小用衰减系数β表示，其单位为 dB / m （分贝／米），电缆技术说明书上的单位大都用 dB / 100 m（分贝／百米）。
设输入到馈线的功率为Ｐ1 ，从长度为L（m ）的馈线输出的功率为Ｐ2 ，传输损耗TL可表示为：TL ＝ 10 ×Lg ( Ｐ1 /Ｐ2 ) ( dB )衰减系数为：β＝ TL / L ( dB / m )例如， NOKIA 7 / 8英寸低耗电缆，900MHz 时衰减系数为β＝ 4.1 dB / 100 m ，也可写成β＝ 3 dB / 73 m ，也就是说，频率为 900MHz 的信号功率，每经过 73 m 长的这种电缆时，功率要少一半。
而普通的非低耗电缆，例如，SYV-9-50-1， 900MHz 时衰减系数为β＝ 20.1 dB / 100 m ，也可写成β＝ 3 dB / 15 m ，也就是说，频率为 900MHz 的信号功率，每经过15 m 长的这种电缆时，功率就要少一半。
3、匹配概念什么叫匹配？简单地说，馈线终端所接负载阻抗ＺL 等于馈线特性阻抗Ｚ0 时，称为馈线终端是匹配连接的。
射频电路第3次课-1.7传输线及特性阻抗
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电介质材料 速度因子 聚乙烯 O. 66 泡沫塑料 O. 80 特氟纶 O. 70 电视天线系统中的同轴电缆特性阻抗为75Ω , 用铝金属箔做外层导体。用这种屏蔽层的电 缆在很宽频带内的信号损失都较低。但是在 大部分电视以外的应用中工作情况并不理想。 问题出在用于外层导体的金属箔是铝,而铝是 无法焊接的，这些天线通常要用如图所示F形 接头连接。对于其他应用来说，这种连接的 信号损失就太高了。
1.7.3 同轴电缆的结构
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同轴电缆是用于传输射频信号的最普通传输 线。它由同心的两层导体组成。之所以叫做 “同轴”是因为两层导体有一条相同的轴线 (图1.12)。内层导体是一根实心的导线,外层 导体是屏蔽层。屏蔽层通常是用导线编织成 的, 也有多线式的屏蔽层。 内绝缘层隔离开两层导体,它的材料有多种选 择。常用的有聚乙烯、泡沫塑料和特氟隆(后 者主要用于UHF 和微波频段)。同轴电缆的速 度因子(V)是电缆中的信号速度与真空光速之 比，因电介质材料的不同而不同, 例如:
R jwL Z0 G jwC
当频率很低时（f≤1kHz），wl 和wc很小可以 忽略，计算式进一步简化为：
R Z0 G
当频率很高时(f≥100kHz)，wl 和wc很大，R 和G可以忽略，计算式进一步简化为：
L Z0 C
从
L 可以看出，传输线的特性阻抗与频率关 Z0 C 系不大，主要取决于传输线分布参数的 大小。而传输线分布参数的大小主要由传输线的几 何结构和绝缘介质的特性决定。由于同一型号传输 线的几何结构和绝缘介质相同，它们的分布电感L、 电容C、电阻R和电导G是相同的，所以特性阻抗相 同。不同型号传输线的几何结构和绝缘介质不同， 它们的分布参数也不同，所以特性阻抗不同。
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什么叫传输线的特性阻抗？传输线特性阻抗基知识
传输线的基本特性是特性阻抗和信号的传输延迟， 在这里，我们主要讨论特性阻 抗。
传输线是一个分布参数系统，它的每一段都具有分布电容、电感和电阻。
传 输线的分布参数通常用单位长度的电感 L 和单位长度的电容C 以及单位长度上 的电阻、电导来表示，它们主要由传输线的几何结构和绝缘介质的特性所决定的。
分布的电容、电感和电阻是传输线本身固有的参数， 给定某一种传输线，这些参 数的值也就确定了，这些参数反映着传输线的内在因素，它们的存在决定着传输 线的一系列重要特性。
一个传输线的微分线段可以用等效电路描述如下：
传输线的等效电路是由无数个微分线段的等效电路串联而成，如下图所示:
从传输线的等效电路可知，每一小段线的阻抗都是相等的。
传输线的特性阻抗就 是微分线段的特性阻抗。
卄联原抗为： Z F = ------- --------- - =— i(G + joe)
传输线可等效为:
IR IL U_ IR IR IL
iR IL
半耻用比巧： 乙、iR + jE)
Z E,¥=Z Z Z O
Zc + Zr 叭鬲■独返
呼4阳粽
內为1是懒井14*F J9（可
产5 =卩5=爲
G + j 肚 |G + Jex
皆赖宰址骼窩时＜f^lOOKHZ）. 3=2n監掘借損女.3. uefg±. R、G可黑略.L 中单懂怅度线的固打电臥住为肛拉忙度蜒的H有电皐此的
当墓車迥惟艸rf^lKHZh 肛2卫片櫃水.可以耐.此时
Z0就是传输线的特性阻抗。
Z0描述了传输线的特性阻抗，但这是在无损耗条件下描述的，电阻上热损耗和介质损耗都被忽略了的，也就是直流电压变化和漏电引起的电压波形畸变都未考虑在内。
实际应用中，必须具体分析。
传输线分类
当今的快速切换速度或高速时钟速率的PCB迹线必须被视为传输线。
传输线可分为单端（非平衡式）传输线和差分（平衡式）传输线，而单端应用较多。
单端传输线路下图为典型的单端（通常称为非平衡式）传输线电路。
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电路窗化
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KA 、、耳■戎
单端传输线是连接两个设备的最为常见的方法。
在上图中，一条导线连接了一个
设备的源和另一个设备的负载，参考（接地）层提供了信号回路。
信号跃变时，
电流回路中的电流也是变化的，它将产生地线回路的电压降，构成地线回路噪声, 这也成为系统中其他单端传输线接收器的噪声源，从而降低系统噪声容限。
这是一个非平衡线路的示例，信号线路和返回线路在几何尺寸上不同
高频情况下单端传输线的特性阻抗（也就是通常所说的单端阻抗）为：
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其中：L为单位长度传输线的固有电感，C为单位长度传输线的固有电容。
单端传输线特性阻抗与传输线尺寸、介质层厚度、介电常数的关系如下：
与迹线到参考平面的距离（介质层厚度）成正比
与迹线的线宽成反比
与迹线的高度成反比
与介电常数的平方根成反比
单端传输线特性阻抗的范围通常情况下为25Q至120Q，几个较常用的值是
28 Q、33 Q、50 Q、52.5 Q、58 Q、65 Q、75 Q。
差分传输线路
下图为典型的差分（通常称为平衡式）传输线电路。
差分传输线适用于对噪声隔离和改善时钟频率要求较高的情况。
在差分模式中，传输线路是成对布放的，两条线路上传输的信号电压、电流值相等，但相位（极性）相反。
由于信号在一对迹线中进行传输，在其中一条迹线上出现的任何电子噪声与另一条迹线上出现的电子噪声完全相同（并非反向），两条线路之间生成的场将相互抵消，因此与单端非平衡式传输线相比，只产生极小的地线回路噪声，并且减少了外部噪声的问题。
这是一个平衡线路的示例--信号线和回路线的几何尺寸相同。
平衡式传输线不会对其他线路产生噪声，同时也不易受系统其他线路产生的噪声的干扰。
差分模式传输线的特性阻抗（也就是通常所说的差分阻抗）指的是差分传输线中两条导线之间的阻抗，它与差分传输线中每条导线对地的特性阻抗是有区别的，
主要表现为：间距很远的差分对信号，其特性阻抗是单个信号线对地特性阻抗的两倍。
间距较近的差分对信号，其特性阻抗比单个信号线对地特性阻抗的两倍小。
别的因素保持不变时，差分对信号之间的间距越小其特性阻抗越低（差分阻抗与差份线队之间的间距成反比）。
差分传输线特性阻抗通常情况下为100Q，有时也用到75Q。
考虑到多层PCB 板生产时PCB 迹线可分布于表面或者内层，这两种情况下PCB 迹线的参考平面有所不同，所以又可将PCB 迹线分为微波传输带（Microstripe ）和带状线（Stripeline ）传输线路。
微波传输带传输线路是由一条安装在可导接地层的低损耗绝缘体上的控制宽度的可导迹线构成的。
该绝缘体通常使用强化玻璃环氧树脂制造，例如G10 、FR-4 或PTFE,用于超高频应用。
带状线传输线路通常包括夹在两个参考层和绝缘材质之间的导线迹线。
传输线路和层构成了控制阻抗。
带状线与微波传输带的不同之处在于它嵌入到两个参考层之间的绝缘材质中，带状线阻抗参考两个平面，阻抗迹线在内层，而微波传输带只有一个参考平面，阻抗迹线在PCB 板的外层（表层）。
PCB 迹线的阻抗将由其感应和电容性电感、电阻和电导系数确定，这些因子将是迹线物理尺寸（例如迹线的宽度和厚度）和PCB 底板材质的绝缘常数和绝缘厚度的函数，因此也可以说，PCB 板迹线的阻抗值由信号迹线的物理尺寸（宽度和厚度）、线路板绝缘常数、绝缘介质厚度、信号迹线与层的配置决定。