認識傳輸線(xiàn)的三個(gè)特性：特性阻抗、反射、阻抗匹配

認識特性阻抗

電阻是一個(gè)實(shí)實(shí)在在的物理元器件，通過(guò)歐姆定律我們可以知道，電壓、電流和電阻三者之間的關(guān)系，U=I*R。

我們通過(guò)一個(gè)具體的電路來(lái)分析這三者之間的具體關(guān)系，請看下面的一張最簡(jiǎn)單的電路圖。這個(gè)電路圖只有一個(gè)電源一個(gè)電阻和一些導線(xiàn)組成。

當然這個(gè)電阻的阻值也可以通過(guò)用萬(wàn)用表來(lái)直接測量。

特性阻抗就不一樣了，用萬(wàn)用表測量一根50歐姆特性阻抗時(shí)，將會(huì )發(fā)現是短路的。這就需要我們從概念上區分電阻（哪怕是剛好是50歐姆的電阻）和特性阻抗是兩碼事。就像溫度上面的度（攝氏度）和角度上的度一樣，不是一個(gè)東西。

電阻這個(gè)物理量大家都懂，這里就不解釋了。我們來(lái)分析一下這個(gè)特性阻抗到底是何方神圣，是在什么條件下才會(huì )用這個(gè)東西的。

其實(shí)特性阻抗是和射頻緊密相隔的一個(gè)物理量，在認識特性阻抗之前先認識一下射頻。我們知道電臺，手機通訊信號，wifi等都是向外部發(fā)射信號能量的裝置，也就是說(shuō)能量是從天線(xiàn)射出去，能量不再回來(lái)到天線(xiàn)了，可以想像就像機槍向外面掃射一樣，子彈打出去就不回來(lái)了。

好了，明白射頻這個(gè)東西之后，我們再來(lái)到具體的傳輸射頻能量的導線(xiàn)上面來(lái)。導線(xiàn)上面傳輸的射頻信號也是一樣的，希望它傳過(guò)去就不要反傳回來(lái)了，要是有能量反傳回來(lái)就說(shuō)明傳輸的效果差了。

為了更具體的說(shuō)明特性阻抗這個(gè)東西 我這里打一個(gè)比方：

同一個(gè)電路板上面有2根導線(xiàn)（假設都是很長(cháng)的兩根線(xiàn)，你能想像它有多長(cháng)就有多長(cháng)），因為同一個(gè)板，那么2根導線(xiàn)的銅皮厚度都是一樣的。兩根導線(xiàn)，長(cháng)（無(wú)限長(cháng)）和厚度是一樣的，只能唯一不同的是寬度了，假設1號導線(xiàn)寬度是1（單位），2號導線(xiàn)是2（單位）。也就是說(shuō)2號線(xiàn)寬度是1號線(xiàn)的兩倍。

下面的圖可以具體看到兩根導線(xiàn)的示意圖。

如上圖所示，假如同時(shí)都接的是一樣的射頻發(fā)射源，同樣的一小段時(shí)間T，那么我們看看這兩根導線(xiàn)會(huì )有什么區別。同一個(gè)發(fā)射源，那么兩根線(xiàn)的輸出射頻電壓是一樣的，射頻傳輸的距離是一樣的（假設都是光速，實(shí)際比光速少）。

唯一不同的是線(xiàn)寬，而2號線(xiàn)的線(xiàn)比1號線(xiàn)寬一倍，那么2號線(xiàn)需要1號線(xiàn)2倍的電量來(lái)填滿(mǎn)多出的線(xiàn)寬面積(其實(shí)是導線(xiàn)銅皮與底面產(chǎn)生的電容效應)。也就是說(shuō)：Q2=兩倍的Q1。

因為 i = Q/T （射頻電流=電量/時(shí)間），那么可以知道2號線(xiàn)的射頻電流是1號線(xiàn)的兩倍（因為時(shí)間是一樣的，2號線(xiàn)電量是1號線(xiàn)的兩倍）。

好了，我們知道了 i2=兩倍的i1。

到了這里，我們找出個(gè)神秘的特性阻抗就不遠了，為什么呢，因為我們知道電阻=電壓/電流。其實(shí)特性阻抗也有這種關(guān)系：特性阻抗=射頻電壓/射頻電流。

從上面我們知道，射頻電壓一樣的，電流關(guān)系為 i2=兩倍的i1 。

則2號線(xiàn)的特性阻抗只有1號線(xiàn)的一半！

這就是我們所說(shuō)的線(xiàn)越是寬，特性阻抗越小。

上面是我舉個(gè)例子說(shuō)明特性阻抗與電阻的區別，以及為什么同樣一個(gè)板子，特性阻抗與線(xiàn)寬有關(guān)系，與長(cháng)度沒(méi)有關(guān)系。

實(shí)際上影響特性阻抗的因素很多，包括材料，導線(xiàn)與底板地間距等等很多因素相關(guān)。

導線(xiàn)的特性阻抗用通俗的話(huà)來(lái)描述（只是比喻），就是導線(xiàn)對其上面傳輸的射頻能量阻礙力的大小。

認識傳輸線(xiàn)的反射

上面我們是假設導線(xiàn)是無(wú)限長(cháng)的，而實(shí)際上的導線(xiàn)長(cháng)度是有限。當射頻信號到達導線(xiàn)末端，能量沒(méi)有辦法釋放，就會(huì )沿著(zhù)導線(xiàn)反傳回來(lái)。就跟我們對著(zhù)墻喊，聲音碰到墻反傳回來(lái)產(chǎn)生回音。

也就是說(shuō)我們想像中的射頻信號發(fā)射出去就沒(méi)有反射回來(lái)的情況在現實(shí)是不存在的。

如上圖所示，假如我們在線(xiàn)的末端接上一個(gè)電阻來(lái)消耗（或者接收）線(xiàn)上傳輸過(guò)來(lái)的射頻能量。

有人會(huì )問(wèn)，為什么導線(xiàn)的特性阻抗的電阻不消耗能量，非要接個(gè)電阻才能消耗呢？其實(shí)啊，導線(xiàn)只是傳輸能量的，導線(xiàn)本身并不消耗能量或者近似于不損耗能量（有點(diǎn)想電容或者電感的屬性）。電阻則是一個(gè)損耗能量的元件。

我們發(fā)現有三種特殊情況：

當R=RO 時(shí)，傳輸過(guò)來(lái)的能量剛剛好被末端的電阻R吸收完，沒(méi)有能量反射回去?？煽闯蛇@導線(xiàn)是無(wú)線(xiàn)長(cháng)。

當R=∞時(shí)（開(kāi)路），能量全部反射回去，而且在線(xiàn)的末端點(diǎn)會(huì )產(chǎn)生2倍于發(fā)射源的電壓。

當R=0時(shí)，末端點(diǎn)會(huì )產(chǎn)生一個(gè)-1倍于源電壓反射回去。

認識阻抗匹配

阻抗匹配是指負載阻抗與激勵源內部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。

阻抗匹配是針對射頻等而言的，對于功率電路則不適用的，否則會(huì )燒掉東西。

我們常常聽(tīng)說(shuō)特性阻抗50歐姆，75歐姆等等，這個(gè)50歐姆是怎么來(lái)的，為什么是50歐姆 而不是51歐姆呢，或者45歐姆呢？

這個(gè)是約定來(lái)的，50歐姆應該說(shuō)對于一般射頻電路傳輸效果更好。

也就是說(shuō)，我們的導線(xiàn)，電纜要做50歐姆，是因為電路負載已經(jīng)相當于50歐姆的電阻。你做別的阻抗值導線(xiàn)，就和負載不匹配。偏離越遠，傳輸的效果就會(huì )越差！

審核編輯：湯梓紅