如何详细了解电缆的特性阻抗
如何详细了解电缆的特性阻抗点击次数：116 发布时间：2010-12-9 8:55:58详细了解电缆的特性阻抗点击次数：1441 发布时间：2010-1-27 19:54:12术语音频：人耳可以听到的低频信号。
范围在20-20kHz。
视频：用来传诵图象的高频信号。
图象信号比声音复杂很多，所以它的带宽（范围）也大过音频很多，少说也有0-6MHz。
射频：可以通过电磁波的形式想空中发射，并能够传送很远的距离。
射频的范围要宽很多，10k-3THz（1T=1024G）。
电缆的阻抗本文准备解释清楚传输线和电缆感应的一些细节，只是此课题的摘要介绍。
如果您希望很好地使用传输线，比如同轴电缆什么的，就是时候买一本相关课题的书籍。
什么是理想的书籍取决于您物理学或机电工程，当然还少不了数学方面的底蕴。
什么是电缆的阻抗，什么时候用到它？首先要知道的是某个导体在射频频率下的工作特性和低频下大相径庭。
当导体的长度接近承载信号的1/10波长的时候，good o1风格的电路分析法则就不能在使用了。
这时该轮到电缆阻抗和传输线理论粉墨登场了。
传输线理论中的一个重要的原则是源阻抗必须和负载阻抗相同，以使功率转移达到最大化，并使目的设备端的信号反射最小化。
在现实中这通常意味源阻抗和电缆阻抗相同，而且在电缆终端的接收设备的阻抗也相同。
电缆阻抗是如何定义的？电缆的特性阻抗是电缆中传送波的电场强度和磁场强度之比。
（伏特/米）/（安培/米）=欧姆欧姆定律表明，如果在一对端子上施加电压（E），此电路中测量到电流（I），则可以用下列等式确定阻抗的大小，这个公式总是成立：Z = E / I无论是直流或者是交流的情况下，这个关系都保持成立。
特性阻抗一般写作Z0（Z零）。
如果电缆承载的是射频信号，并非正弦波，Z0还是等于电缆上的电压和导线中的电流比。
所以特性阻抗由下面的公式定义：Z0 = E / I电压和电流是有电缆中的感抗和容抗共同决定的。
所以特性阻抗公式可以被写成后面这个形式：其中R=该导体材质（在直流情况下）一个单位长度的电阻率，欧姆G=单位长度的旁路电导系数（绝缘层的导电系数），欧姆j=只是个符号，指明本项有一个+90＇的相位角（虚数）π=3.1416L=单位长度电缆的电感量c=单位长度电缆的电容量注：线圈的感抗等于XL=2πfL，电容的容抗等于XC=1/2πfL。
从公式看出，特性阻抗正比于电缆的感抗和容抗的平方根。
对于电缆一般所使用的绝缘材料来说，和2πfc相比，G微不足道可以忽略。
在低频情况，和R相比2πfL微不足道可以忽略，所以在低频时，可以使用下面的等式：注：原文这里是Zo = sqrt （ R / （j * 2 * pi * f * L））应该是有个笔误。
阻抗不应该是反比于感抗.实际上低频时应该是电阻和容抗占主导地位。
如果电容不跟随频率变化，则Z0和频率的平方根成反比关系，在接近直流的状态下有一个-45＇的相位角，当频率增加相位角逐渐减少到0＇。
当频率上升时，聚氯乙烯和橡胶材料会稍微降低电容，但聚乙烯，聚丙烯，特氟纶（聚四氟乙烯）的变化不大。
当频率提高到一定程度（f足够大），公式中包含f的两项变的很大，这时候R和G可能可以被忽略。
等式成为简化成高频下的电缆性质在高频下您不能把电缆视作一条简单的电缆。
在此时它是波导。
特性阻抗是为电磁波而设立的电阻系数。
故此阻抗负责描述高频下电缆的状态。
高频通常用100kHz以上的频率传输（当然能否高频传输取决于电缆）。
如果您在电缆一端输入合适频率的正弦交流信号，信号以电波的形式传播过电缆。
如果电缆的长度和该交流信号频率的波长相比是个很大的数字的话（注:即电缆长度是波长的很多倍），在传送过程中可以测量AC的电压和电流比，这个比值叫做这条电缆的特性阻抗。
实际上电缆的特性阻抗由电缆的几何形状和绝缘部分决定的。
电缆的长度不影响电缆的特性阻抗。
注：就是说使用多数绝缘材料电容不会起变化。
而电感量L的定义公式为L = μ（N^2/I）Sμ = 介质磁导率N = 线圈匝数I = 线圈长度S = 线圈横截面积可以看出，电感量只和材质及几何形状有关，和频率无关。
所以在f足够高的情况下，特性阻抗和频率没有关系了。
频率再高，特性阻抗都等于电感量除以电容量的平方根。
（实际上特性阻抗等于感抗容抗乘积的平方根，由于在乘积中约除了有关频率部分，所以有些资料中说特性阻抗和频率无关，实际上应该是在足够高频的情况下，特性阻抗和频率无关）同轴电缆的模型是怎么样的？同轴电缆可以表示为分布的串联电感和分布的并联电容，一种不对称的过滤装置排列起来，特定的电缆有唯一的值。
如果给定某个频率，而且这个频率合适，这套过滤装置可以最大化地传递信号；如果频率再提高的话，这套装置会削弱信号。
注：这段信息很有意思，考虑一下，特性阻抗没有变化，而信号却减弱了！为什么会这样？唯一的合理解释，就是在电缆的接收端电压和电流都减弱了，而且是按照相同的比例减弱的。
下面画出一张传输线分布参数的草图，这个理论是无线电工业的工程工具之一，在这个理论中线长可以变动，可以使用复数源，和复数的终端阻抗。
实际上阻抗这个词代表有实部和虚部如何用同轴电缆本身的性质计算特性阻抗？电缆的长度和它的特性阻抗无关。
特性阻抗是由导体的大小和间隔，还有就是导体之间的绝缘体的种类决定的。
通常的同轴电缆在常规的频率下使用，特性阻抗由内导体和外（屏蔽）导体的尺寸决定的，当然内导体和外导体之间的绝缘体也起着决定作用。
下列方程可以用来计算同轴电缆的特性阻抗：（摘自Reference Data for Radio Engineers book published by Howard W. Sams & Co. 1975, page 24-21）其中：lg = 以10为底的对数d = 中心导体的直径D = 电缆屏蔽层的内径e = 介电常数（空气为 1 ）简单地说，同轴电缆的特性阻抗就是一个商的平方根（这个商是单位长度的电感除以单位长度的电容）同轴电缆的特性阻抗典型值在20-150欧姆之间。
电缆的长度无论如何都无法影响特性阻抗。
如果同轴电缆使用的传输频率过高，则波会以我们不期望的方式传播，（就是说会产生非预期的电场和磁场图）电缆这时不能正常工作是由多方面原因造成的。
如何计算平衡传输线（对称传输线）的特性阻抗？特性阻抗是由导体的大小和导体间的间隔，以及导体之间使用的绝缘体决定的。
平衡传输线或双绞线的阻抗Z0，由线距和线径比决定，前面提到的绝缘体种类一样起决定作用。
现实中的Z0在高频下相当接近纯电阻，但并不完全相等。
下列公式可以用来计算接近地面的平衡传输线的特性阻抗（摘自Reference Data for Radio Engineers book published by Howard W. Sams & Co. 1975, page 24-22）其中lg = 以10为底的对数d = 传输线线径D = 线对之间的距离e = 介电常数（空气为1）h = 线对和地面之间的距离这个公式不只是适用于非屏蔽平衡传输线，当D比d大,而h比d更大的时候（带屏蔽的平行传输线也适用）。
如果双绞线离地面非常远（h接近无穷大）则地面的影响可以忽略不计，线缆的阻抗可以由一个简化的公式近似：（原文作者本人推演上面的公式得出的）注：将对数中真数部分少做改动对结果影响不大，因为结果是真数的指数，可以这个简化接受。
但原来的公式有个开方，这个相当于结果1/2！对双绞线来说，典型的特性阻抗在75欧姆到1000欧姆之间，可以满足各种应用的需要。
典型旧式电话线对，架在电线杆间的空中，其特性阻抗大约是600欧姆左右。
现在使用的电话和电讯电缆典型的特性阻抗为100或120欧姆。
我可以使用哪种电路模型来描述长线的同轴电缆？如果您知道一定长度的电缆的电感量和电容量的话，可以使用下面的电路模型描述长线同轴电缆：这个模型对理解描述阻抗，电容，电感之间关系的阻抗等式非常有帮助：我能否使用万用表来测量电缆的阻抗？电缆的特性阻抗只描述了电缆在高频信号下的的工作性质。
万用表是用直流电流来测量电阻值的，所以不能用万用表或其他简单的测量设备来测量电缆的阻抗。
通常最好的方法是检查电缆的类型（一般印刷在电缆外面）查阅相关的信息手册，而不要试图实际测量.我如何测量电缆的阻抗呢？使用一个关系式来确定Z0比使用设备测量要简单很多。
在给定的频率，可以这样来推算电缆的阻抗：测量一段电缆在远端开路情况下的阻抗Zoc，再测量该段电缆在远端短路的情况下的阻抗Zsc，用下面的等式来确定ZO:其中Zoc = 某一电缆在远端开路的情况下测量出的阻抗Zsc = 该电缆在远端短路的情况下测量出的阻抗注意：对Zoc和Zsc的测量包含了幅值和相位，所以Z0也会有幅值和相位。
阻抗高频测量法是先确定电缆的传播速度和电容，或者使用反射计。
什么情况下电缆的阻抗会影响到信号？为了使电缆的特性阻抗能够对传输的信号产生不同的影响，电缆的长度必须至少是实际载频波长的数分之一。
（注：表达的意思应该是电缆长度和波长必须是可比的，使信号可以在传输线上传送出波形的一部分，如1/4或更多）大多数的金属丝可以用光速60~70%来传递交流电，换个说法就是每秒传递19.5万公里。
一个频率为20000Hz的音频信号的波长为9750米（195/0.02MHz=9750m），所以电缆起码要有4~5公里长才开始影响音频信号。
所以音频连接电缆的特性阻抗和其他困扰我们的问题相比，算不上什么。
标准的视频信号很少有超过10MHz的，其大概波长大概是20米。
这样高的频率足以使特性阻抗开始对信号产生影响。
高分辨率的电脑显示信号和高速的数据信号经常超过100MHz，所以即便是很短的电缆传输，也要考虑到正确的阻抗匹配问题。
如何进行阻抗匹配？首先驱动电缆电源的输出阻抗，必须和电缆的特性阻抗相等，这样才能使所有输出的功率进入传输电缆，避免从电缆的输入端反射回入源。
其次，应该使电缆输出端负荷设备的输入阻抗和电缆的特性阻抗相同，这样所有功率进入了负载设备，而不会被负载反射回电缆。
这个正常的驱动方法有很多的例外，但一般是用来做其他用途的。
可以选一个特性阻抗匹配使低频带宽的传输功率最大化，或者使阻抗失配改善更宽广频宽下的响应。
这是工程师的抉择，视其需求而决定。
为什么需要阻抗匹配？如果您的源输出阻抗，电缆特性阻抗，和负载输入阻抗之间存在失配的话，将存在反射，并完全由电缆长度决定（反射的状态）。
此外如果电缆被非正常使用，如挤压，打结，或者连接器的安装不正确，会产生反射，造成功率损失。
更有甚者，如果是大功率向电缆输出（比如无线广播台），反射功率可能会损坏功率源设备。
所以您必须小心防范阻抗失配问题。
并非所有的教科书中都说明了这个不寻常的情况：当天线把功率送回（没有正确终止），功率可以从同轴电缆的内芯直接穿透到电缆的外芯屏蔽网，这时天线的功率是最低下的。
关于同轴电缆特性阻抗的测试方法
关于同轴电缆特性阻抗的测试方法自动化工程学院 闵亚军 201421070142摘要：特性阻抗是指当电缆无限长时电磁波沿着没有反射情况下的均匀回路传输时所遇到的阻抗，特性阻抗是射频同轴电缆传输的重要参数之一。
本文主要介绍几种同轴电缆特性阻抗的常用测试方法，包括TDR(时域测试法)、史密斯图法、谐振频率法，并简单介绍其基于的原理。
关键字：同轴电缆 特性电阻 时域测试法 史密斯图法引言特性阻抗是指当电缆无限长时电磁波沿着没有反射情况下的均匀回路传输时所遇到的阻抗，它是由电缆的电导率、电容以及阻值组合后的综合特性，正常的物理运行依靠整个系统电缆与连接器具有恒定的特性阻抗。
传输线匹配的条件就是线路终端的负载的阻抗正好等于该传输线的特性阻抗，此时没有能量的反射，因而有最高的传输效率，相反，传输效率会受到影响，所以特性阻抗值是整个传输回路中非常重要的一个参数。
接下来将简单介绍下测试这一参数的各种方法及其所基于的原理。
一、特性阻抗同轴电缆的特性阻抗定义为：入射电压跟入射电流的比值或者反射电压跟反射电流的比值，所以也称作波阻抗。
通过传输线理论的推导 ，我们可以很容易地得到特性阻抗的公式 ：Cj G L j R Z c ωω++= （1） 输人阻抗定义为从电缆的某一个方向看进去，其电压和电流的比值 。
局部特性阻抗：电缆沿线长度方向上各点的特性阻抗。
平均特性阻抗：为特性阻抗在高频时的渐进值。
平均特性阻抗是沿线的所有局部特性阻抗的算术平均值。
二、常用测试方法2.1 时域测试法TDR(time domain reflection ，时域测试法)是一种通用的时域测试技术，广泛应用于PCB 、电缆、连接器等测试领域。
这种技术可以测出传输线的特性阻抗，并显示出每个阻抗不连续点的位置和特性(阻抗、感抗和容抗)。
相对于其他技术，TDR 能够给出更多的关于系统宽带相应的信息。
TDR 基于一个简单的概念：当能量沿着媒介传播时，遇到阻抗变化，就会有一部分能量反射回来。
单芯电缆的阻抗值
单芯电缆的阻抗值单芯电缆的阻抗值是指电缆在传输电信号时所表现出的阻抗特性。
阻抗值对于电信号的传输和匹配至关重要。
以下是关于单芯电缆阻抗值的详细解释：阻抗的定义：电缆阻抗是电信号在电缆中传播时所遇到的电阻、电感和电容等电性参数的综合体现。
它通常用欧姆（Ω）为单位，表示电缆对电信号流动的阻力。
传输线理论：单芯电缆的阻抗值与传输线理论有关。
传输线理论描述了电磁波在电缆中的传播方式，其中阻抗是描述电信号传输效果的关键参数。
电阻成分：阻抗中的电阻成分通常由电缆的导体电阻贡献。
电阻导致电信号在电缆中发生功率损耗。
电感成分：电感是由电缆的导体绕成线圈而形成的，它对于高频信号的传输具有重要作用。
电感导致电信号在电缆中产生相位延迟。
电容成分：电缆中的电容主要由导体和绝缘之间的电场引起。
电容对于电信号的高频响应和信号的传播速度起着关键作用。
匹配问题：电缆的阻抗值需要与连接的设备或系统匹配，以确保信号的有效传输。
匹配问题可以通过适当选择电缆阻抗来解决。
标准阻抗值：常见的单芯电缆阻抗值包括50Ω和75Ω，这两者是电信系统中最常见的阻抗标准。
50Ω电缆通常用于射频（RF）和通信系统，而75Ω电缆主要用于视频和广播系统。
波长和频率关系：阻抗值通常与电缆中传播的信号的波长和频率有关。
在高频信号传输中，阻抗的选择会更加关键。
传输线匹配：为了最大程度地减小反射和信号损失，电缆的阻抗应该与连接到它的其他传输线或设备的阻抗相匹配。
总体而言，电缆的阻抗值是一个重要的设计参数，影响着电信号的传输质量和系统性能。
在特定应用中，选择适当的阻抗值对于确保最佳的信号传输至关重要。
同轴电缆的传输特性与性能分析
同轴电缆的传输特性与性能分析同轴电缆是一种常用于传输高频（RF）信号的电缆，其传输特性与性能直接影响到信号的质量和稳定性。
本文将对同轴电缆的传输特性与性能进行详细的分析。
首先，同轴电缆的传输特性包括衰减、速度和阻抗。
衰减是指信号在传输过程中的损失，通常以每单位长度的分贝数（dB/m）来表示。
同轴电缆的衰减主要由导体电阻、绝缘材料损耗和辐射损耗等因素所造成。
对于高频信号的传输来说，衰减越小越好，以保证信号传输的质量和距离。
其次，同轴电缆的传输速度主要取决于电磁波在电缆中的传播速度，通常以光速的比例来表示。
同轴电缆中的电磁信号是以电磁波的形式传播的。
传输速度快的电缆可以更快地传输信号，提高通信效率。
一般来说，同轴电缆的传输速度在纳秒级别，比其他传输介质如双绞线要快。
最后，同轴电缆的特性阻抗对于信号传输的匹配和反射很重要。
特性阻抗是指信号传输时电缆两端的阻抗匹配，通常以欧姆（Ω）为单位。
当信号通过同轴电缆时，如果电缆的特性阻抗与信号源和负载的阻抗不匹配，会产生信号的反射，导致信号质量下降和传输损耗。
因此，正确选择与信号源和负载匹配的同轴电缆是十分重要的。
除了传输特性外，同轴电缆的性能也需要考虑。
性能包括抗干扰性、可靠性和可扩展性。
首先，抗干扰性是指同轴电缆对于外部干扰的抵抗能力。
由于同轴电缆一般用于高频信号传输，因此对于干扰的抵抗能力要求较高。
同轴电缆通常采用屏蔽结构，通过屏蔽层来阻挡外部干扰信号的影响，提高传输质量和稳定性。
其次，同轴电缆的可靠性是指其在长期使用过程中的性能保持能力。
可靠性可以从电缆的工作环境适应性、材料质量和结构设计三个方面来评估。
例如，同轴电缆需要适应高温、低温、潮湿等恶劣环境，并且需要使用耐磨损、耐高压等性能优良的材料来制造，以确保长期稳定的工作。
最后，同轴电缆的可扩展性是指其适用于不同的传输需求和应用场景的能力。
同轴电缆可以根据不同的频率要求和传输距离需求，进行相应的选型。
例如，在高频通信领域，需要选择频率范围更大、衰减更小的同轴电缆。
传输线 特征阻抗
传输线特征阻抗传输线是指用于电信号传输的导线或导缆。
在实际的电路中，传输线的特性阻抗起着至关重要的作用。
特性阻抗是指传输线上电压和电流之间的比值。
它是传输线固有的电性特性，与传输线的几何尺寸、材料特性以及电磁环境等因素密切相关。
特性阻抗决定了传输线上信号的传播速度和衰减情况，对于信号的传输质量起着重要的影响。
传输线的特性阻抗可以分为两种类型：纯电阻特性阻抗和纯电感特性阻抗。
纯电阻特性阻抗是指传输线上的电阻和电感对特性阻抗的影响较小，主要由导线的电阻决定。
纯电感特性阻抗是指传输线上的电感对特性阻抗的影响较大，主要由传输线的电感决定。
在实际应用中，常用的传输线类型有平行线、同轴电缆和微带线等。
不同类型的传输线具有不同的特性阻抗。
例如，平行线的特性阻抗主要由线间距、线径和线材料等参数决定；同轴电缆的特性阻抗主要由内外导体的半径和介质的相对介电常数等参数决定；微带线的特性阻抗主要由传输线的宽度、介质的相对介电常数和介质厚度等参数决定。
特性阻抗的数值通常以欧姆为单位。
对于同一种类型的传输线，其特性阻抗是一个固定的值。
在设计电路时，需要保证信号源的输出阻抗与传输线的特性阻抗匹配，以避免信号的反射损耗。
同时，接收端的输入阻抗也需要与传输线的特性阻抗匹配，以最大限度地提取信号。
特性阻抗的大小直接影响信号的传输质量。
当特性阻抗与信号源或接收端的阻抗不匹配时，会导致信号的反射和衰减。
如果特性阻抗过高或过低，会导致信号的失真和衰减。
因此，在设计传输线时，需要根据具体的应用需求选择合适的特性阻抗。
在高速信号传输领域，特性阻抗的匹配成为一项重要的技术挑战。
高速信号的传输要求传输线的特性阻抗尽可能稳定和准确。
传输线上的任何微小扰动都可能引起特性阻抗的变化，从而影响信号的传输质量。
因此，在高速信号传输中，需要采取一系列的措施来保证传输线的特性阻抗的稳定性和准确性。
传输线的特性阻抗是传输线固有的电性特性，对于信号的传输质量起着重要的影响。
485及特性阻抗
特性阻抗是指当电缆无限长时该电缆所具有的阻抗，是阻止电流通过导体的一种电阻名称，它不是常规意义上的直流电阻。
一条电缆的特性阻抗是由电缆的电导率、电容以及阻值组合后的综合特性。
假设一根均匀电缆无限延伸，在发射端的在某一频率下的阻抗称为“特性阻抗”(Characteristic Impedance)。
这些参数是由诸如导体尺寸、导体间的距离以及电缆绝缘材料特性等物理参数决定的。
测量特性阻抗时，可在电缆的另一端用特性阻抗的等值电阻终接，其测量结果会跟输入信号的频率有关。
特性阻抗的测量单位为欧姆。
在高频段频率不断提高时，特性阻抗会渐近于固定值。
例如同轴线将会是50或75欧姆；而常用非屏蔽双绞线的特性阻抗为100欧姆，屏蔽双绞线的特性阻抗为150欧姆。
正常的物理运行依靠整个系统电缆与连接器件具有的恒定的特性阻抗。
特性阻抗通常可以由电缆的连接和端结而造成轻微的改变。
电缆的硬转弯或纽结也会改变电缆的特性阻抗。
在不连续较轻的情况下，由于反射的信号微弱而且又经过电缆的衰减，所以对网络来说仍然能运行。
大的阻抗不连续将会干扰数据传输。
这类的不连续是由不良的电气连接、不正确的电缆端结、不匹配的电缆和不匹配的连接器的使用以及电缆中双绞电缆对的绞结方式错误而造成的。
在综合布线系统中，有很多忌讳，如：双绞线如果断开，是不可以直接直接连接在一起的，拉力不可过大，对于非屏蔽线缆弯曲半径至少为4倍的线缆外径，千万不要混用特性阻抗不同的电缆等等，这些都会导致特性阻抗的改变，在验收测试中，就表现为回波损耗测试参数较低。
本篇文章来自<A href=''>IDC专家网</a> 原文链接：/articles/1215484971056/20081121/1215945565594_1.html提高485总线的可靠性摘要：就485总线应用中易出现的问题，分析了产生的原因并给出解决问题的软硬件方案和措施。
关键词：RS-485总线、串行异步通信--------------------------------------------------------------------------------1 问题的提出在应用系统中，RS-485半双工异步通信总线是被各个研发机构广泛使用的数据通信总线，它往往应用在集中控制枢纽与分散控制单元之间。
为什么射频电缆的特征阻抗是50欧姆,视频电缆的特征阻抗是75欧姆？
我如何测量电缆的阻抗呢？
使用一个关系式来确定 Z0 比使用设备测量要简单很多。在给定的频率，可以这 样来推算电缆的阻抗：测量一段电缆在远端开路情况下的阻抗 Zoc，再测量该段 电缆在远端短路的情况下的阻抗 Zsc，用下面的等式来确定 ZO:
其中 Zoc = 某一电缆在远端开路的情况下测量出的阻抗 Zsc = 该电缆在远端短路的情况下测量出的阻抗 注意：对 Zoc 和 Zsc 的测量包含了幅值和相位，所以 Z0 也会有幅值和相位。 阻抗高频测量法是先确定电缆的传播速度和电容，或者使用反射计。
电缆阻抗是如何定义的？
电缆的特性阻抗是电缆中传送波的电场强度和磁场强度之比。（伏特/米）/（安 培/米）=欧姆
欧姆定律表明，如果在一对端子上施加电压（E），此电路中测量到电流（I）， 则可以用下列等式确定阻抗的大小，这个公式总是成立： Z=E/I
无论是直流或者是交流的情况下，这个关系都保持成立。 特性阻抗一般写作 Z0（Z 零）。如果电缆承载的是射频信号，并非正弦波，Z0 还是等于电缆上的电压和导线中的电流比。所以特性阻抗由下面的公式定义： Z0 = E / I