电路板设计为什么要阻抗匹配（五）

典型的电缆阻抗

什么是典型的电缆阻抗？

同轴电缆使用的最典型阻抗值为50欧姆和75欧姆。50欧姆同轴电缆大概是使用中最常见的，一般使用在无线电发射接收器，实验室设备，以太等环境下。

另一种常用的电缆类型是75欧姆的同轴电缆，一般用在视频传输，有限电视网络，天线馈线，长途电讯应用等场合。

电报和电话使用的裸露平行导线也是典型的阻抗为600欧姆。一对线径标准22的双绞线，使用合适的绝缘体，因为机械加工的限制，平均阻抗大约在120欧姆左右，这是另一种具有自己特有特性阻抗的传输线。

某些天线系统中使用300欧姆的双引线，以匹配折合半波阵子在自由空间阻抗。（但当折合阵子处于八木天线中的时候，阻抗通常会下降很多，一般在100-200欧姆左右）

（注：加反射板也会改变阵子的阻抗值，一般会降低，而且反射板越近则阻抗降低越多。）

为什么是50欧姆的同轴电缆？

在美国，用作射频功率传输的标准同轴电缆的阻抗几乎无一例外地都是50欧姆。为什么选用这个数值，在伯德电子公司出示的一篇论文中有解释。

不的的参数都对应一个最佳的阻抗值。内外导体直径比为1.65时导线有最大功率传输能力，对应阻抗为30欧姆（注：lg1.65*138=30欧姆，要使用空气为绝缘介质，因为这个时候介电常数最小，如果使用介电常数为2.3的固体聚乙烯，则阻抗只有不到20欧姆）。最合适电压渗透的直径比为2.7，对应阻抗大约是60欧姆。（顺带一提，这个是很多欧洲国家使用的标准阻抗）

当发生击穿时，对功率传输能力的考量是忽略了渗透电流的，而在阻抗很低，30欧姆时，渗透电流会很高。衰减只源自导体的损失，此时的衰减大约比最小衰减阻抗（直径比3.5911）77欧姆的时候上升了50%，而在这个比率下（D/d=3.5911），最大功率的上限为30欧姆电缆最大功率的一半。

以前，很少使用微波功率，电缆也无法应付大容量传输。因此减少衰减是最重要的因素，导致了选择77（75欧姆）为标准。同时也确立了硬件的规格。当低耗的绝缘材料在实际中应用到柔性电缆上，电缆的尺寸规格必须保持不变，才能和现存的设备接口吻合。

聚乙烯的介电常数为2.3，以空气（介电常数为1）为绝缘层的导线的阻抗为77欧姆，如果以聚乙烯来填充绝缘空间的话，阻抗将减少为51欧姆。虽然精确的标准是50欧姆，51欧姆的电缆在今天仍然在使用。

在77欧姆点的衰减最小，60欧姆点的击穿电压为最大，而30欧姆点的功率输送量是最大的。（注：洋人的思维也如此混乱，这些性能指标明明不是由阻抗决定的。前面说过，这些由D/d比决定的。闲扯这些只让人产生误解）

另外一个可以导致50欧姆同轴电缆的事情，如果您使用一个合适直径的中心导体，并将绝缘体注入中心倒替周围，再在外围装上屏蔽层，选好所有的尺寸以便别人使用并顾及到外观的美观，结果其阻抗都落在50欧姆左右。如果想提高阻抗，中心导体的直径和导线的总径相比的话太细了；如果想降低阻抗，则内外导体之间的绝缘体厚度要做的很薄。几乎任何同轴电缆由于机械美观度的原因，都会接近50欧姆，这使50欧姆成为标准化的一种自然趋向。

电缆的电容和特性阻抗

取一条短粗的同轴电缆，不连接任何东西，中心导体和屏蔽层就形成了一个电容器。如果一直为电容充电直至压差为100V，然后将屏蔽层和中心导体短路，电流有多大？

电流不象普通电容那样无穷大（由寄生电阻和电抗决定了的），而是由导线的特性阻抗决定的的。如果是50欧姆电缆充电到100V，电流会是2安培（100/50）。电流形成一个方波，时宽（持续时间，脉冲宽度，选哪个称呼都一样）由电缆长度决定（大约1.5ns/英尺，因导线的速度因子不同而变化）。

这个例子可以用来产生电流脉冲到半导体激光器，如果想要比此类电缆产生的波长更长的脉冲，可以使用集总阻抗之类的东西。

应用同轴电缆

如果在需要75欧姆的视频应用中使用了50欧姆的电缆会怎样？

如果50欧姆的电缆连接了75欧姆的负载（接收器），会有相当一部分的信号反射向发射设备。因为发射设备也是75欧姆的，这个反射信号会有部分再反射向接受设备。因为信号比正常信号有所延迟，在显示时表现为鬼影一样的图象，大量此类的鬼影象回声一样反复。同时，反射在某些频率引起部分信号损失。

我如何转换电缆的阻抗值？

阻抗本身是不能转换的，除非您更换整一条具有其他阻抗的电缆，如果您必须要使用现存的电缆，那有一个方法可行：进行阻抗转换。由于有种转换器可以使用，两端都安装该转换器的的电缆好象具有了不同阻抗。

有些地方是可以用电阻转接器来转换电缆阻抗的，转接器比转换器简单，但使用中一般有很显著的信号损失。（75欧姆转换到50欧姆典型的损失有6dB左右）