在選擇同軸線纜或組件時,一般我們都會看到或者要求傳輸線阻抗需要保持在50歐姆,有時這也會成為傳輸線的特性阻抗,當然75歐姆偶爾也會被用到,為何這兩者會如此固定?本期我們將從這個角度出發,探討同軸中的另一個重要參數,特性阻抗。
為何特性阻抗選擇50Ω?
其實這個問題也很簡單,我們快速做一個總結,可以直接看下圖。
根據實驗證明,插入損耗最小,約為77歐姆。另一方面,如果繪制最大功率傳輸與特性阻抗的關系曲線,則最大功率約為30歐姆。當下降到最大功率傳輸時,特性阻抗值為30歐姆,而理論上最小衰減(損耗)的特性阻抗為77.5歐姆。在這兩個值之間,中間或多或少為50歐姆,因此將50歐姆確定為標準特性阻抗。因此,在損耗和功率之間需要權衡的RF和微波,選擇傳輸線的阻抗值為50歐姆。另一方面,當在較長的同軸線纜(如電纜或衛星電視)中要求最小的損耗時,對功率傳輸的優化就不再那么擔心了,因此在這些系統中使用阻抗更高的75歐姆線纜和連接器。
50Ω和75Ω同軸的應用
不同的阻抗也會有不同的應用領域,一般我們會做到如下的區分,當然這也不一定是最準確的,仍然需要參考實際需求。
50Ω阻抗
50Ω阻抗連接器和線纜主要用于在雙向通信系統中傳輸數據信號,其應用領域比較廣泛,包括信號測試、計算機以太網主干網、無線天線饋電線纜、GPS全球定位衛星天線饋送線纜和手機系統等
75Ω阻抗
75Ω阻抗連接器和線纜主要用于傳輸視頻信號。其中通過線纜傳輸電視信號是一種典型應用,此時常用F型連接器,例如家庭有線電視天線連接。另一種應用是在DVD機、VCR、安防監控等系統和設備間傳輸視頻信號,此時通常也稱為音頻/視頻(A/V)線纜和連接器,此時常用BNC和RCA連接器。75Ω線纜常用為實心中心導體線纜RG59B/U和絞合中心導體線纜RG59A/U。
兩者區別
我們以BNC連接器作為例子,辨別這兩種規格的方式非常簡單,如圖所示:50歐姆BNC連接器的接口處帶絕緣體,而75歐姆則無絕緣體。
特性阻抗的一般公式
聊過了標題提出的問題后,我們回轉過來,來看看特性阻抗這個關鍵參數。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,等于各處的電壓與電流的比值,用V/I表示。
如果按照分布參數的理論去表示,傳輸線的特性阻抗可以表示為:
從上式可以看出,對于一個有耗傳輸線來說,特性阻抗是一個復數,有耗傳輸線的損耗就來自于這個傳輸線的電阻。而對于理想的無耗傳輸線來說,特性阻抗就是一個實數。注意點: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。對于一個已知特性阻抗的傳輸線來說,它與頻率無關。
這兩類同軸線纜和組件介紹上面我們列出了阻抗50Ω和75Ω的同軸線纜的不同應用,接下來我們通過產品的形式看看它們各自應用環境下,在產品上會有什么區別。
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:為何50Ω占多數?同軸特性阻抗詳解
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