29 Сен, 2021

Как определить волновое сопротивление кабеля: Как определить параметры коаксиального кабеля

Содержание

Как определить параметры коаксиального кабеля

Одним из основных параметров высокочастотного кабеля является волновое сопротивление. Обычным омметром его не измерить - для этого нужен специальный прибор. Сам кабель (отечественного производства) не имеет маркировки, и если вы не знаете его тип, то, воспользовавшись штангенциркулем, легко сможете определить волновое сопротивление с помощью несложных вычислений.

Для этого нужно снять внешнюю защитную оболочку с конца кабеля, завернуть оплетку и измерить диаметр внутренней полиэтиленовой изоляции. Затем снять изоляцию и измерить диаметр центральной жилы. После этого результат первого измерения разделить на результат второго: при Полученном отношении примерно 3,3-3,7 волновое сопротивление кабеля составляет 50 Ом, при отношении 6,5 - 6,9-75 Ом.

Вторым важным параметром является удельное затухание. Эта величина характеризует потери уровня сигнала при его прохождении через один метр кабеля и позволяет сравнивать кабели разных марок. Затухание тем сильнее, чем больше длина кабеля и выше частота сигнала. Удельное затухание измеряется в децибелах на метр (дБ/м) и приводится в справочниках в таблицах или на графиках.

На рис. 1 приведены зависимости удельного затухания коаксиальных кабелей разных марок от частоты. Пользуясь ими, можно подсчитать затухание сигнала в кабеле на любой частоте при известной его длине.

 

 

Рис. 1. Удельное затухание коаксиальных кабелей

Обозначение отечественного коаксиального кабеля состоит из букв и трех чисел: буквы РК обозначают радиочастотный коаксиальный кабель, первое число показывает волновое сопротивление кабеля в омах, второе - округленный внутренний диаметр оплетки в миллиметрах, третье - номер разработки. Из графика видно, что -удельное затухание зависит от толщины кабеля: чем он толще, тем удельное затухание меньше.

Зная длину кабеля, можно перевести затухание (в децибелах) в относительное ослабление уровня сигнала на выходе, воспользовавшись табл. 1.

Таблица 1. Таблица перевода затухания (в децибелах) в относительное ослабление уровня сигнала

Затухание, дБ

0,5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Относительное ослабление уровня сигнала Рвых /Рвх

0,94

0,79

0,63

0,5

0,4

0,32

0,25

0,2

0,16

0,13

0,1

Волновое сопротивление - Delta

Группа продуктов


Язык:
БългарскиČeskýDanskDeutschEestiΕλληνικάEnglishEspañolFrançaisItalianoLatviešu Lietuvių MagyarNederlandsNorskPolskiPortuguêsPусскийRomânăSlovenskiSlovenskýSuomiSvenska

Валюта:
1 AUD - 2.7261 PLN1 BGN - 2.2428 PLN1 CAD - 2.9017 PLN1 CHF - 4.0330 PLN1 CZK - 0.1727 PLN1 DKK - 0.5899 PLN1 EUR - 4.3865 PLN1 GBP - 5.1197 PLN100 HUF - 1.2432 PLN1 NOK - 0.4268 PLN1 PLN - 1.0000 PLN1 SEK - 0.4285 PLN1 USD - 3.7450 PLN

Меню




Рекомендованная статья

дБи - усиление изотропной антенны

Бюллетень E-mail


TopТехнический словарьВолновое сопротивление

Одним из многих параметров, касающихся коаксиального кабеля, есть его волновое сопротивление. Это своего рода электрическое сопротивление, выраженное в омах (Ом). Комплексная импеданса описывает отношение напряжения к силе тока в любой точке кабеля, когда нет никаких отражений, а кабель находится в состоянии полной регулировки. Это означает, что волновое сопротивление кабеля должно быть равно сопротивлению выхода передатчика и входа приемника. Не менее важно приспособление разъемов, которые также выступают в разных волновых сопротивлекниях.

 

Имеются коаксиальные кабели, имеющие разное волновое сопротивление для различных применений. Ниже приводится краткое описание кабелей для наиболее распространенных значений, т.есть 75 Ом и 50 Ом. Все другие имеют более специализиронное применение (например, зонд измерительных приборов) и не очень часто встречаются.

 

Коаксиальные кабели с сопротивлением 75 Ω – используются в основном в телевизионных технологиях, в т.ч. в системах видеонаблюдения. Используются в качестве кабелей антенны для всех систем приема телевидения. Популярные коаксиальные кабели с волновым сопротивлением 75 Ω, это RG-6/U или TRISET-113, доступные в предложении компании Delta.

 

Коаксиальные кабели с сопротивлением 50 Ω – используются в области техники радиосвязи (напр. СВ-радио) или в передаче данных по радио (например WLAN 2,4 ГГц). Коаксиальные кабели с сопротивлением 50 Ω также были использованы в компьютерных сетях, теперь заменены на кабели типа UTP и FTP, известные как витая пара. Примером коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ω есть TRI-LAN-240, также доступный в предложении компании Delta.

 

Сопротивление кабеля сильно зависит от внутреннегодиаметра проводника и проницаемости диэлектрической изоляции. В связи с общепринятыми стандартами, диаметр кабелей должен быть определенных размеров, и, следовательно, соответствующее сопротивление кабеля может быть достигнуто, используя диэлектрик соответствующей проницаемости, например, вспеняя его структуру или используя диэлектрик с другого материала.

 

Как уже упоминалось,так же важно использовать соответствующие разъемы, устанавливаемые на коаксиальный кабель (напр. вилки или розетки BNC), которые также выступают в версиях с сопротивлением 50 Ω или 75 Ω. Это позволяет избежать отражений волны в кабле и тем самым искажений передаваемого сигнала.

 

Два слова об измерении импеданса

 

Вы должны признать, что слово "импеданс" попахивает тайной.

 

Производители коаксиальных кабелей указывают в своих брошюрах технические спецификации для каждого своего продукта. Читаем, например, в технических данных " Сопротивление кабеля составляет 50 ( или 75) Ом". Врожденный скептицизм к информации, содержащейся в средствах массовой информации, говорит мне, чтобы проверить достоверность печатной информации. В этой связи возникает вопрос, каким прибором измерять волновый импеданс кабеля. Та же проблема возникает, когда я получаю от руки неизвестный мне (и без опознавательных знаков) ролик коаксиального кабеля. Это 50 или 75 Ом?

 

И здесь предлагаю короткий тест.
Кто выбирает из приведенной ниже таблицы в течение 60 секунд прибор, используемый для волнового сопротивления кабеля - тот выиграл!!

 

1. Омметр
2. Волнометр
3. Волновод
4. Волнорез
5. Кабелеметр
6. Детектор кабелей под штукатуркой
7. Мост Уинстон Черчилля

8. Анализатор дымовых газов
9. Рулетка портного
10. Измеритель комплексных чисел
11. Вариометр
12. Штангенинструмент
13. Аналитические весы
14. Генератор псевдослучайных сигналов
15. Цифровой слайд логарифмический

 

Тест был довольно сложным, так, что если кто-то его не прошел, пусть не переживает, только читает дальше.

 

Устройством, которое полезно для нас, является штангенинструмент.

 

Путем измерения диаметра проволоки и внутреннего диаметра экрана, можем вычислить волновое сопротивление кабеля по формуле:

 

Zo - сопротивление кабеля [ohm]

D - диаметр экрана [мм]

d - диаметр проволоки [мм]

Er - электрическая проницаемость диэлектрика [единица безразмерная]

Ниже приведенный рисунок объясняет все сомнения:

 

1 - оболочка

2 - экран

3 - диэлектрик

4 - жила

За исключением, может быть, коэффициента проницаемости Er для тестируемого кабеля. Этот фактор зависит от типа используемого диэлектрика. Для воздуха Er=1, в то время как для полного полиэтилена Er=2,3. Для вспененного полиэтилена Er зависит от степени расширения или формы воздушных камер. Не вдаваясь в аптечную точность, для вспененного полиэтилена можно принять Er=1,5. Даже, если бы было немного по другому (со взгляда на отношение воздуха до РЕ), то и так результат может иметь два значения: 50 или 75 Ом, так что ошибка может быть незначительной. Можно смело рискнуть, утверждая, что после нескольких измерений импенданс кабеля безошибочно распознаем "на глаз". Толще кабель - это 50 Ом, тоньше - 75.

 

Когда нам перегоряет предохранитель, "ватируем" его более толще куском проволоки и имеем спокойствие на некоторое время. Вывод напрашивается сам: чем толще провод, тем больше тока и, следовательно, тем лучше для наших проблем с доставкой электроэнергии. Можно ли сделать такой же вывод по отношению к сопротивлению кабеля? Является ли высшее сопротивление кабеля лучше или хуже? Или же чем меньше сопротивление кабеля, то больше тока ?

 

Почему производители не производят коаксиальных кабелей других импедансов, чем 50 или 75 Ом? Например, при 5 Ом (когда-то производили 60 Ом).

 

И последний вопрос: почему выбрали именно 50 Ом, а не, например, 140 или 30? Кто ответит на последний вопрос получит платиновый диплом техника года, выдаваемый фирмой DELTA-OPTI. Я также заметил, что независимо от того, что мы подразумеваем под термином импеданса, стоит использовать это название в устной и письменной речи, так как видим в глазах собеседника восторг и уважение.

 

Нетто:0.00 EUR
Брутто:0.00 EUR
Вес:0.00 kg
Особенно рекомендуем
МОДУЛЬНЫЙ РАЗЪЕМ RJ45/C53*P1000

Нетто: 38.91 EUR

ПРИЕМНО-КОНТРОЛЬНАЯ ПАНЕЛЬ EVO-192 PARADOX

Нетто: 67.25 EUR

ПОДВЕСНОЙ ШКАФ RACK EPRADO-R19-6U/450

Нетто: 84.62 EUR

КОММУТАТОР POE APTI-POE0802G-120W 8-ПОРТОВЫЙ

Нетто: 72.00 EUR

AHD, HD-CVI, HD-TVI, PAL-КАМЕРА APTI-H50PV2-28W 2Mpx / 5Mpx 2.8 mm

Нетто: 22.90 EUR

АЛЮМИНИЕВАЯ РЕШЕТЧАТАЯ МАЧТА MK-1.5

Нетто: 161.10 EUR

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕСТЕР CCTV CS-H9-80H

Нетто: 911.52 EUR

IP-КАМЕРА IPC-HFW5541T-ASE-0280B - 5 Mpx 2.8 mm DAHUA

Нетто: 264.45 EUR

ФОТОКАМЕРА ДЛЯ ОХОТЫ HC-BG584

Нетто: 260.80 EUR

Почему волновое сопротивление коаксиальных волноводов 50 и 75 Ом?


&nbsp &nbsp &nbsp Казалось бы, кабель на 50 или 75 Ом такая привычная для нас вещь, что многие даже не задумывались, почему используются именно эти значения. Некоторые объясняют это тем, что для таких значений проще сделать согласующее устройство для антенны, кто-то говорит, что так сложилось исторически или такие кабели просто дешевле в изготовлении и они более гибкие, другие же объясняют это меньшим затуханием в волноводе. Все они отчасти правы. Но все-таки, как получаются именно 50 и 75 Ом? Об этом вы прочитаете под катом.

&nbsp &nbsp &nbsp Коаксиальный волновод необходим для передачи энергии от антенны к приемному устройству, или же от передающего устройства к антенне.

&nbsp &nbsp &nbsp Для приемника важно, чтобы волновод вносил как можно меньшее затухание, а для передатчика важно, чтобы был максимальный коэффициент передачи по мощности. Задавшись этими условиями можно произвести некоторый расчет и посмотреть, что в итоге получится.

&nbsp &nbsp &nbsp Как мы уже сказали выше, для приемника необходимо наименьшее затухание в волноводе, то есть как можно большая амплитуда напряженности, которая определяется следующим выражением:


&nbsp ― &nbsp амплитуда без учета затухания;
&nbsp ― &nbsp коэффициент затухания волн в коаксиальном волноводе;
&nbsp ― &nbsp длина линии;

&nbsp ― &nbsp погонное активное сопротивление;
&nbsp ― &nbsp волновое сопротивление;

&nbsp ― &nbsp магнитная постоянная, равная ;
&nbsp ― &nbsp относительная магнитная проницаемость, для большинства диэлектриков ;
&nbsp ― &nbsp электрическая постоянная, равная Ф/м;
&nbsp ― &nbsp относительная диэлектрическая проницаемость, для воздуха ;


&nbsp &nbsp &nbsp Активное сопротивление коаксиального кабеля обратно пропорционально диаметру его проводников, проводимости материала из которого сделаны проводники и толщине скин-слоя


&nbsp ― &nbsp проводимость материала проводника;
&nbsp ― &nbsp толщина скин-слоя;


&nbsp &nbsp &nbsp Подставим полученные выражения в формулу коэффициента затухания,


&nbsp &nbsp &nbsp Наименьшее затухание в линии будет тогда, когда коэффициент &nbsp &nbsp максимален. Для того, чтобы найти максимум функции вспомним следующее правило: если дифференцируемая функция &nbsp &nbsp имеет в точке &nbsp &nbsp экстремум, то ее производная обращается в ноль в этой точке; если при прохождении через какую-то точку знак производной меняется с плюса на минус, то эта точка будет максимумом, а если с минуса на плюс, то минимумом.

&nbsp &nbsp &nbsp Продифференцируем функцию коэффициента затухания по ,


&nbsp &nbsp &nbsp Приравняв производную к нулю, решим уравнение




&nbsp &nbsp &nbsp Волновое сопротивление волновода при таком соотношении диаметров оплетки и центральной жилы составляет 77 Ом,


&nbsp &nbsp &nbsp Наименьшее ослабление сигнала в коаксиальном кабеле достигается при данном волновом сопротивлении. Для приемных систем было принято как стандарт округленное значение — 75 Ом.

&nbsp &nbsp &nbsp В случае передатчика, то есть когда важен коэффициент передачи по мощности, с учетом напряженности пробоя коаксиальной линии получаем следующее:


известная со школы формула, только в ней нам следует учесть напряженность пробоя и вместо использовать волновое сопротивление .

&nbsp &nbsp &nbsp Напряженность пробоя

выразив отсюда &nbsp и подставив в формулу мощности получим,


&nbsp &nbsp &nbsp Продифференцируем по ,


&nbsp &nbsp &nbsp Приравняв производную к нулю, решим уравнение,




&nbsp &nbsp &nbsp При таком соотношении диаметров волновое сопротивление коаксиального волновода


&nbsp &nbsp &nbsp Максимальный коэффициент передачи по мощности с точки зрения передатчика наблюдается при сопротивлении 30 Ом, с учетом максимального напряжения пробоя.
&nbsp &nbsp &nbsp Думаю, не сложно догадаться, зная оптимальные волновые сопротивления для приемника и передатчика, какое оптимальное сопротивление коаксиального волновода для приемопередатчика. Правильно, 50 Ом.
&nbsp &nbsp &nbsp На практике же самым распространенным коаксиальным кабелем является 50 Ом кабель, поскольку в нем совмещена возможность передачи радиосигналов с небольшими потерями в кабеле, а так же близкие к предельно достижимым показания электрической прочности и передаваемой мощности.
&nbsp &nbsp &nbsp В телевидении применение 75 Ом коаксиальных кабелей объясняется тем, что как было посчитано выше, такие кабели обладают наименьшим ослаблением сигнала, что и нужно для телевизионного приемника.

Волновое сопротивление - кабель - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Волновое сопротивление - кабель

Cтраница 1

Волновое сопротивление кабеля не зависит от его длины. Поэтому и волновое сопротивление фидерной линии, соединяющей антенну с приемником ( или передатчиком), равно волновому сопротивлению кабеля, из которого эта линия изготовлена.  [1]

Волновое сопротивление кабеля определяется его конструкцией.  [2]

Волновое сопротивление кабеля примерно в 10 - 30 раз меньше сопротивления воздушного провода и сильнр зависит от номинального напряжения и сечения жилы. С повышением номинального напряжения увеличивается индуктивность и уменьшается емкость кабеля. Увеличение сечения повышает емкость и уменьшает индуктивность.  [3]

Волновое сопротивление кабеля определяется его конструкцией.  [4]

Волновое сопротивление кабеля - отношение напряжения ВЧ к вызванному им току в любом сечении кабеля; оно целиком зависит от конструкции кабеля и используемых в нем изоляционных материалов.  [5]

Волновым сопротивлением кабеля называют сопротивление, обусловленное только электромагнитным полем между жилой и оболочкой. Вне оболочки поля нет, и весь обратный ток течет через оболочку.  [6]

Величина волнового сопротивления кабеля, из которого изготовляется петля, не имеет значения.  [8]

Проверку волнового сопротивления кабеля проводят на строительной длине и на отрезках. Метод основан на измерении входных напряжений и тока разомкнутой и короткозамкнутой цепей кабеля. Входные сопротивления рассчитывают по результатам измерения напряжения и тока. Волновое сопротивление рассчитывается как среднее геометрическое из значений входных сопротивлений.  [9]

Вследствие малого волнового сопротивления кабеля по сравнению с волновым сопротивлением воздушной линии в месте перехода воздушной линии в кабельную происходит преломление электромагнитной волны и снижение ее напряжения. Если бы разрядник РВ был установлен в узловой точке, преломление волны затруднило бы его срабатывание. В связи с этим разрядник РВ находится на расстоянии 50 м от узловой точки и успевает сработать прежде, чем напряжение снизится за счет преломления волны в кабеле.  [11]

Для обеспечения сжатия волновое сопротивление кабеля должно быть больше волнового сопротивления измерительной линии.  [12]

Однако номинальные значения волновых сопротивлений кабелей стандартизованы. Типичными величинами стандартных волновых сопротивлений являются 50, 75, 100, 150, 200 Ом. Такая стандартизация в существенной степени способствует унификации узлов и компонентов радиоэлектронной аппаратуры.  [13]

Трансформаторы обеспечивают согласование волновых сопротивлений 75-омного кабеля, присоединенного к выходу передатчика, и 300-омного антенного фидера.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

Волновое сопротивление


Волновое сопротивление - сопротивление, которое встречает электромагнитная волна при распространении вдоль однородной линии без отражения:

где U п и I п - напряжение и ток падающей волны;

U от и I от - то же отраженной волны.

Таким образом, величина волнового сопротивления не зависит от длины кабельной линии и постоянна в любой точке цепи.

В общем виде волновое сопротивление - комплексная величина и может быть выражена через действительную и мнимую части:

В табл. 3-1 приведены формулы для расчета Z в α θ β.

Волновое сопротивление коаксиального или одножильного кабеля в металлической оболочке

У изоляционных материалов, у которых диэлектрическая проницаемость почти не зависит от частоты,

где 3335,8 - постоянная, принятая МЭК; - коэффициент укорочения длины волны.

При расчете радиочастотных кабелей стремятся получить оптимальную конструкцию, обеспечивающую высокие электрические характеристики при наименьшем расходе материалов. Так, например, при использовании меди для внутреннего и внешнего проводников радиочастотного кабеля минимальное затухание достигается при отношении , ом, максимальная электрическая прочность - при , ом и максимум передаваемой мощности - при , ом.

Точность и стабильность параметров кабеля зависят от величины допусков диаметров внутреннего и внешнего проводников и стабильности ε.

Зависимость волнового сопротивления симметричного кабеля от частоты приведена на рис. 3-7. Модуль волнового сопротивления Z B с изменением частоты уменьшается от при f = 0 до и остается неизменным во всей области высоких частот. Угол волнового сопротивления равен нулю при f = 0 и на высоких частотах. На тональных частотах (f ≈ 800 гц) угол волнового сопротивления - наибольший. В кабельных линиях преобладает емкостная составляющая волнового сопротивления, и поэтому угол волнового сопротивления всегда отрицателен, а по величине не превышает 45°.

Рис. 3-7. Зависимость волнового сопротивления симметричного кабеля от частоты.

В кабельной линии, однородной по электрическим характеристикам на всем протяжении от генератора до приемника, с нагрузкой по концам, имеющей сопротивление, равное волновому (Z r = Z n = Z B ), вся передаваемая электромагнитная анергия полностью поглощается приемником без отражения.

В неоднородных линиях и при несогласованных нагрузках в местах электрических несогласованности возникают отраженные волны и часть энергии возвращается к началу линии. Передаваемая энергия при несогласованной нагрузке значительно меньше, чем при согласованной.

Отраженные волны искажают частотную характеристику собственного волнового сопротивления кабеля. В этом случае на входе линии не волновое, а входное сопротивление Z вх .

Соотношение между энергией, поступающей к приемнику, и энергией отраженной зависит от сопротивлений приемника Z B и волнового Z B и характеризуется коэффициентом отражения

При согласованной нагрузке (Z n = Z в ) коэффициент отражения равен нулю, и энергия полностью поглощается приемником. При коротком замыкании (Z п = 0) и режиме холостого хода (Z n = ∞) коэффициенты отражения равны соответственно - 1 и + 1.

Для обеспечения хорошего качества связи и телевизионной передачи по коаксиальному кабелю необходимо, чтобы отклонение волнового сопротивления ΔZ не превышало 0,45 ом, что соответствует коэффициенту отражения

В результате деформаций или наличия эксцентриситета в расположении внутреннего проводника по отношению к внешнему параметры кабеля могут оказаться неравномерно распределенными по его длине. В местах неоднородностей происходят отклонения волнового сопротивления от номинального.

Волновое сопротивление спиральных кабелей (кабелей задержки)

Волновое сопротивление двухкоаксиальных кабелей (с индивидуальными экранами поверх изоляции) вычисляют по формулам для коаксиальных кабелей; оно равно сумме волновых сопротивлений обоих кабелей.

Волновое сопротивление симметричного кабеля в области частот f = 15 000 кгц и выше:

неэкранированного

экранированного

Входным сопротивлением Z вх называется сопротивление на входе линии при любом нагрузочном сопротивлении на ее конце и выражается отношением напряжения U 0 к току I o в начале линии:

где .

Таблица 3 - 1

Приближенные формулы для расчета вторичных параметров передачи кабелей связи

Область применения формул

Соотношение между R и ωL

Расчетные формулы

α, неп/км

β, рад/км

Z в , ом

Постоянный ток (f = 0)

ωL = 0

0

Тональные частоты (f < 800 гц)

Высокие частоты и кабели с повышенной индуктивностью

Промежуточные частоты


к содержанию

Сигнальный кабель с медными жилами. Описание принципов работы. Волновое сопротивление. Формула расчёта

Материалы
и оборудование
для СКС
  • О компании
  • оплата и доставка
  • учебный центр
  • контакты
  • О компании
  • оплата и доставка
  • учебный центр
  • контакты
Скачать прайс-листСхема проездаОставить заявкуРаспродажаВход В2ВОткрыть каталог
  • Шкафы и стойкиНапольные шкафы
    • телекоммуникационные 19"
    Открытые стойки
    • однорамные
    • двухрамные
    Настенные шкафы
    • 10"
    • 19"
    • Решения для зонного каблирования
    • Hyperline Home Solution
    Настенные кронштейныАксессуары
    • аксессуары для напольных шкафов
    • для открытых стоек
    • для настенных шкафов
    • для систем ЦОД
    • полки
    • ящики для документации
    • вентиляторные панели
    • микропроцессорные панели
    • фальш-панели
    • крепления для монитора
    • освещение
    • кабельные организаторы
    • панели с DIN рейкой
    • крепежные наборы
    • ножки, ролики, цоколи
    • профили, рейки, уголки
    • двери, панели
    • панели в пол, потолок, крышу
    • крыши
    • заземление
    • с 10" креплением
    • прочие
    Блоки розеток
    • горизонтальные
    • вертикальные
    • управляемые
    Климатическое оборудование
    • термостаты и гигростаты
    • обогреватели
    • кондиционеры
    • аксессуары
    Системы мониторинга и управления
    • интеллектуальное управление кабельной инфраструктурой
    • обеспечение безопасности и контроль состояния среды
    • видеонаблюдение
  • КабельВитая пара
    • 1-2 пары
    • 4 пары
    • 8-100 пар
    • внутренний
    • внешний
    • неэкранированный
    • экранированный
    Волоконно-оптический
    • внутренний
    • внутренний/внешний
    • внешний
    Коаксиальный
    • RG-59
    • RG-6
    • RG-11
    • RG-8
    • RG-213
    • RG-58
    • RG-62
    Телефонный
    • 1-5 пар
    • 10-40 пар
    • 50-200 пар
    Industrial Ethernet
    • 1 пара
    • 2 пары
    • 4 пары
    • прочие
    Интерфейсный
    • ProfiBUS
    • RS-232
    • RS-485/422
    • EIB
    Силовой
    • NYM, NYY
    • ВВГ, ВВГнг, ВВГнг-LS
    • ПуГВ (ПВ3), ПуВ (ПВ1)
    • ПВС, ШВВП, ПУГНП
    Аудио
    • микрофонный
    • акустический
    Видео
    • межблочные цифровые
  • Пульты и техническая мебельПульты управления
  • Компоненты медных системКабель
    • витая пара
    • коаксиальный
    • интерфейсный
    • телефонный
    • индустриальный
    • аудио
    • видео
    Патч-панели
    • настенные
    • цельные 19"
    • модульные
    Проходные адаптерыКроссы под плинты
    • рамы и боксы
    • плинты
    • шнуры и штекеры
    • аксессуары
    Кроссы 110/210 типа
    • кросс-панели
    • модули 110 типа
    Патч-корды
    • RJ45-RJ45
    • телефонные
    • RJ-21 (Telco,амфенол)
    • тип 110
    • RCA
    • SVGA
    • HDMI
    • USB
    • TERA
    ПигтейлыСплиттеры (разветвители)МуфтыПретерминированные решения
    • патч-панели
    • кассеты
    • кабельные сборки
    Разъемы
    • RJ-45
    • RJ-50 (10P10C)
    • телефонные
    • RJ-21 (Telco, амфенол)
    • тип 110
    • TERA
    • D-SUB
    для коаксиального кабеляКолпачки для разъемовИндустриальные разъемы и розеткиРозетки, модули, рамки
    • розетки и ЭИ в сборе
    • модули Keystone Jack, коробки, лицевые панели
    • Mini-Com Panduit
    • KeyConnect Belden
    • MAX, Z-MAX, TERA Siemon
    • Legrand серия Mosaic и совместимые изделия
    • Legrand прочие серии
    • ДКС
    • установочные коробки
  • Компоненты оптических системКабель
    • внутренний
    • внутренний/внешний
    • внешний
    Оптические кроссы
    • оптические настенные боксы
    • оптические панели 19"
    • аксессуары
    Претерминированные решения
    • патч-панели
    • кассеты
    • боксы
    • кабельные сборки
    МуфтыПатч-корды, шнуры
    • одномодовые 9/125
    • многомодовые 50/125 (OM2)
    • многомодовые 50/125 (OM3)
    • многомодовые 50/125 (OM4)
    • многомодовые 62,5/125 (OM1)
    • транки и гидры
    ПигтейлыОптические клеевые разъемыПроходные адаптерыАттенюаторыСплиттерыРозетки, модули, рамки
    • MINICOM Panduit
    • MAX, Z-MAX, TERA Siemon
    • Legrand серия Mosaic и совместимые
    • модули, коробки, лицевые панели Keystone Jack
    • установочные коробки
  • Компоненты силовых системКабель
    • NYM
    • ВВГ, ВВГнг, ВВГнг-LS, ВВГнг-FRLS
    • ПВС, ПВСнг-LS, ШВВП
    • ПВ1, ПВ3, H07V-K, H05V-K
    • КГВВ, КГВВнг(А)
    • ВБбШв
    Распределительные щиты
    • навесные
    • встраиваемые
    • аксессуары
    Электрические шкафы
    • настенные
    • напольные
    • аксессуары
    Корпуса с защитой IP67РазъемыОсвещениеЭлектрощитовое оборудование
    • автоматические выключатели
    • УЗО
    • дифференциальные (УЗО-Д)
    • DIN рейки
    • шины, гребенки
    • колодки
    • зажимы на DIN рейку
    • розетки на DIN рейку
    • клеммные соединители
    • колпачковые соединители
    • рубильники
    • контакторы и реле
    • кулачковые переключатели
    • счетчики электроэнергии
    • шлейфы заземления
    • аксессуары
    Функциональные блокиМолниезащита и заземление
    • проводники
    • молниеприёмники
    • держатели
    • заземлители
    • соединители
    • аксессуары
    Наконечники, гильзы
    • вилочные
    • с отверстием под винт
    • с двумя отверстиями
    • плоские
    • штыревые
    • гильзы
    • изоляторы для наконечников
    Электроустановочные изделия, модули, рамки
    • розетки в сборе
    • Legrand
    • ДКС
    Коробки ответвительные
    • с гладкими стенками
    • с кабельными вводами
    • алюминиевые
    Коробки установочные под заливку в бетон
  • Кабеленесущие системыКороба, кабельные каналы
    • миниканалы
    • кабель-каналы
    • для кондиционеров
    • напольные каналы
    • каналы-плинтусы
    • перфорированные короба
    • аксессуары для коробов

Волновое сопротивление коаксиального кабеля


Коаксиальный кабель, что это? Волновое сопротивление.

Наверное, вы не раз слышали такие словосочетания как витая пара, экранированный провод и высокочастотный сигнал?  Так вот, коаксиальный кабель — эта разновидность витой пары, но с гораздо большей помехозащищенностью, наиболее подходящий проводник для ВЧ сигнала.

Коаксиальный кабель состоит из центральной жилы (проводника), экранированного слоя (экрана) и двух изолирующих слоев.

Внутренний изолятор служит для изоляции центральной жилы коаксиального кабеля от экрана, внешний — для защиты кабеля от механических повреждений и электрической изоляции.

Коаксиальный кабель

Защита от помех коаксиальным кабелем. Причина возникновения помех

Что представляют из себя помехи в не коаксиальном кабеле

Стоит сразу разобраться с вопросом защиты от помех. Разберем общие принципы природы их возникновения и влияния помех на передачу информации.

Итак, все мы знаем, что существуют некие помехи в линиях электропередач. Они представляют из себя всплески и, наоборот, пропадания номинального (того, которое должно быть) напряжения в кабеле (в проводе). На графике (зависимости напряжения в кабеле от времени) помехи выглядят так:

Сигнал с помехами

Причина возникновения помех — электромагнитные поля от других сигналов и кабелей. Как мы знаем из курса школьной физики, у электричества есть две составляющие — электрическая и магнитная. Первая представляет собой течение тока по проводнику, а вторая — электромагнитное поле, которое создает ток.

Электромагнитное поле распространяется в среде в форме сферы в бесконечность. Проходя  через незащищенный от помех (не коаксиальный) кабель,  электромагнитный сигнал влияет на магнитную составляющую электрического сигнала в кабеле и вызывает в нем помехи, отклоняя напряжение сигнала от номинального.

Представьте себе, что мы обрабатываем (считываем) сигнал напряжением 10 В с определенной тактовой частотой, например в 1Гц. Это значит, что мы мгновенно списываем показания напряжения в линии каждую секунду. Что произойдет, если именно в момент считывания помеха сильно отклонит напряжение, например с 10 вольт до 7,4 вольт? Правильно, ошибка, мы считаем ложную информацию! Проиллюстрируем этот момент:

Запись сигнала с помехами

Но мы должны помнить о том, что напряжение у нас мерится от корпуса (или от минуса). И фишка в том, что в радиоэлектронике (в электронике высокочастотных сигналов) большую отрицательную роль играют именно высокочастотные помехи, и вот она, собственно говоря, истина: в момент, когда помеха действует на центральную жилу коаксиального кабеля, та же самая помеха действует и на экран коаксиального кабеля, а напряжение мерится от корпуса (который соединен с экраном), поэтому разность потенциалов между экранной частью коаксиального кабеля и его центральной жилой остается неизменной.

Поэтому основная задача в защите от помех при передачи сигнала — держать экранный слой или провод как можно ближе к центральному и всегда на одном и том же расстоянии.

Что лучше защищает от электромагнитных помех — витая пара или коаксиальный кабель?

Сразу ответим на вопрос. Коаксиальный кабель защищает от помех лучше, чем витая пара.

Есть некоторые тонкости, связанные с паразитной емкостью, сопротивлением и обратными токами при передаче ВЧ сигнала, но лучше всего будет представить и запомнить так:

В витой паре два провода свиты между собой и заизолированы друг от друга. Плюсовой провод при сгибах может на доли миллиметра отдаляться от минусового, что отдаляет, собственно, плюс от корпуса. Кроме того, сами жилы плюсового и минусового провода за счет изоляции уже имеют между собой определенный зазор. Помеха может проскочить, но вероятность достаточно мала.

В Коаксиальном кабеле экранный слой по кругу, полностью обволакивает центральную жилу. Помеха никак не может пройти через центральную жилу, минуя экран коаксиала.  Кроме того, качество материала, из которого изготавливается коаксиальный кабель, по требованиям государственного стандарта превосходит качество материалов для витых пар. Точка.

Волновое сопротивление

Основная характеристика коаксиального кабеля — волновое сопротивление. Это величина, в общем говоря, характеризующая затухание амплитуды сигнала в коаксиальном кабеле на 1 погонный метр.

Получается она из выражения частного от напряжения сигнала, передаваемого по коаксиальному кабелю, деленного на ток при этом напряжении в коаксиальном кабеле, мерится в Омах.

Но главное, запомните что она характеризует — затухание передаваемого сигнала. Это сама суть волнового сопротивления коаксиальных кабелей. Уменьшение амплитуды напряжения и тока — есть затухание сигнала.

Для того, чтобы окунуться в волновое сопротивление коаксиальных кабелей глубже, нужно знать много разных понятий о теории электромагнитных волн, таких как амплитуда без учета затухания, активное погонное сопротивление, коэффициент затухания электромагнитных волн в коаксиальном волноводе, несколько постоянных электрических величин, затем построить пару интегральных волновых графиков и понять, что все-таки, 77 Ом  — идеально подходит для советского телевидения, 30 Ом — идеально подходит для всего кроме советского телевидения, ну а 50 Ом — золотая середина между советским телевидением, коаксиальным кабелем и всем остальным!

Но лучше —  запомните суть, а остальному — поверьте на слово)

Стандарты волновых сопротивлений коаксиальных кабелей:

50 Ом. Самый распространенный стандарт коаксиального кабеля. Оптимальные характеристики по передаваемой мощности сигнала, электрической изоляции (плюса от минуса), минимальные потери сигнала при передаче радиосигнала.

75 Ом. Был широко распространен в СССР в части передачи телевизионного и видеосигнала и, что примечательно, оптимально подходит именно для этих целей.

100 Ом, 150 Ом, 200 Ом. Применяются крайне редко, в узкоспециализированных задачах.

Также, немаловажными характеристиками являются:

  • упругость;
  • жесткость;
  • диаметр внутренней изоляции;
  • тип экрана;
  • металл проводника;
  • степень экранировки.

Остались вопросы? Напишите в комментарии) Мы ответим!

micro-proger.ru

Почему волновое сопротивление коаксиальных волноводов 50 и 75 Ом?

      Казалось бы, кабель на 50 или 75 Ом такая привычная для нас вещь, что многие даже не задумывались, почему используются именно эти значения. Некоторые объясняют это тем, что для таких значений проще сделать согласующее устройство для антенны, кто-то говорит, что так сложилось исторически или такие кабели просто дешевле в изготовлении и они более гибкие, другие же объясняют это меньшим затуханием в волноводе. Все они отчасти правы. Но все-таки, как получаются именно 50 и 75 Ом? Об этом вы прочитаете под катом.       Коаксиальный волновод необходим для передачи энергии от антенны к приемному устройству, или же от передающего устройства к антенне.

      Для приемника важно, чтобы волновод вносил как можно меньшее затухание, а для передатчика важно, чтобы был максимальный коэффициент передачи по мощности. Задавшись этими условиями можно произвести некоторый расчет и посмотреть, что в итоге получится.

      Как мы уже сказали выше, для приемника необходимо наименьшее затухание в волноводе, то есть как можно большая амплитуда напряженности, которая определяется следующим выражением:   ―   амплитуда без учета затухания;   ―   коэффициент затухания волн в коаксиальном волноводе;   ―   длина линии;   ―   погонное активное сопротивление;   ―   волновое сопротивление;   ―   магнитная постоянная, равная ;   ―   относительная магнитная проницаемость, для большинства диэлектриков ;   ―   электрическая постоянная, равная Ф/м;   ―   относительная диэлектрическая проницаемость, для воздуха ;       Активное сопротивление коаксиального кабеля обратно пропорционально диаметру его проводников, проводимости материала из которого сделаны проводники и толщине скин-слоя   ―   проводимость материала проводника;   ―   толщина скин-слоя;       Подставим полученные выражения в формулу коэффициента затухания,       Наименьшее затухание в линии будет тогда, когда коэффициент     максимален. Для того, чтобы найти максимум функции вспомним следующее правило: если дифференцируемая функция     имеет в точке     экстремум, то ее производная обращается в ноль в этой точке; если при прохождении через какую-то точку знак производной меняется с плюса на минус, то эта точка будет максимумом, а если с минуса на плюс, то минимумом.

      Продифференцируем функцию коэффициента затухания по ,

      Приравняв производную к нулю, решим уравнение       Волновое сопротивление волновода при таком соотношении диаметров оплетки и центральной жилы составляет 77 Ом,       Наименьшее ослабление сигнала в коаксиальном кабеле достигается при данном волновом сопротивлении. Для приемных систем было принято как стандарт округленное значение — 75 Ом.       В случае передатчика, то есть когда важен коэффициент передачи по мощности, с учетом напряженности пробоя коаксиальной линии получаем следующее: известная со школы формула, только в ней нам следует учесть напряженность пробоя и вместо использовать волновое сопротивление .       Напряженность пробоя выразив отсюда   и подставив в формулу мощности получим,       Продифференцируем по ,       Приравняв производную к нулю, решим уравнение,       При таком соотношении диаметров волновое сопротивление коаксиального волновода       Максимальный коэффициент передачи по мощности с точки зрения передатчика наблюдается при сопротивлении 30 Ом, с учетом максимального напряжения пробоя.       Думаю, не сложно догадаться, зная оптимальные волновые сопротивления для приемника и передатчика, какое оптимальное сопротивление коаксиального волновода для приемопередатчика. Правильно, 50 Ом.       На практике же самым распространенным коаксиальным кабелем является 50 Ом кабель, поскольку в нем совмещена возможность передачи радиосигналов с небольшими потерями в кабеле, а так же близкие к предельно достижимым показания электрической прочности и передаваемой мощности.

      В телевидении применение 75 Ом коаксиальных кабелей объясняется тем, что как было посчитано выше, такие кабели обладают наименьшим ослаблением сигнала, что и нужно для телевизионного приемника.

we.easyelectronics.ru

Определение параметров коаксиального кабеля

   Одним из основных параметров высокочастотного кабеля является волновое сопротивление. Обычным омметром его не измерить — для этого нужен специальный прибор. Сам кабель (отечественного производства) не имеет маркировки и если вы не знаете его тип, то, воспользовавшись штангенциркулем, легко сможете определить волновое сопротивление с помощью несложных вычислений.

   Для этого нужно снять внешнюю защитную оболочку с конца кабеля, завернуть оплетку и измерить диаметр внутренней полиэтиленовой изоляции. Затем снять изоляцию и измерить диаметр центральной жилы. После этого результат первого измерения разделим на результат второго: при полученном отношении примерно 3,3…3,7 волновое сопротивление кабеля составит 50 Ом, при отношении 6,5…6,9 — составляет 75 Ом.

   Вторым важным параметром является удельное затухание. Эта величина характеризует потери уровня сигнала при его прохождении через один метр кабеля и позволяет сравнивать кабели разных марок.

   Затухание тем больше, чем больше длина кабеля и чем больше частота сигнала. Удельное затухание измеряется в децибелах на метр (дБ/м) и приводится в справочниках в виде таблиц или графиков.

   На рис. 7.11 приведены зависимости удельного затухания коаксиальных кабелей разных марок от частоты. Пользуясь ими, можно подсчитать затухание сигнала в кабеле, при известной его длине, на любой частоте.

   Волновое сопротивление линии с малыми потерями определяется по формуле:

   Обозначение коаксиального кабеля состоит из букв и трех чисел: буквы РК обозначают радиочастотный коаксиальный кабель, первое число показывает волновое сопротивление кабеля в омах, второе — округленный внутренний диаметр оплетки в миллиметрах, третье — номер разработки. Из графика видно, что удельное затухание зависит от толщинь кабеля: чем он толще, тем удельное затухание меньше.

   Зная длину кабеля, воспользовавшись таблицей 7.2, можно перевести затухание из децибелов в относительное ослабление уровня сигнала на выходе.

   Для практического определения волнового сопротивления любой неизвестной линии передачи, от коаксиального кабеля до пары скрученных проводов, можно также воспользоваться измерителем индуктивности и емкости.

   Волновое сопротивление линии с малыми потерями определяется по формуле:

   Для расчета необходимо выполнить измерение индуктивности закороченного куска линии длиной 1…5 м, а затем измерить емкость разомкнутого на конце куска. При меньшей или большей длине отрезка линии погрешность измерения увеличивается.

   Например, волновое сопротивление сетевых шнуров питания лежит в пределах 30…60 Ом, большинства экранированных микрофонных шнуров — 40…70 Ом, телефонной пары — 70…100 Ом.

nauchebe.net

22.Падающие и отраженные волны. Согласование нагрузки. Волновое сопротивление. Коаксиальные кабели

Длинная линия — регулярная линия передачи, длина которой превышает длину волны (λ) колебаний, распространяющихся в линии, а расстояние между проводниками, из которых состоит линия передачи, значительно меньше длины волны. Характерной особенностью длинных линий является проявление интерференции двух волн, распространяющихся навстречу друг другу. Одна из этих волн создается генератором электромагнитных колебаний, подключенным к линии, и называется падающей. Другая волна может возникать из-за отражения падающей волны от нагрузки, подключенной к противоположному концу линии, и называется отраженной. Отраженная волна распространяется в направлении, обратном падающей волне. Все разнообразие процессов, происходящих в длинной линии, определяется амплитудно-фазовыми соотношениями между падающей и отраженной волнами. 1)Телеграфные уравнения(Начало координат – конец линии передачи): 2 и 3)Комплексное представление:

1)2) 3)

1)Общее решение дифференциального уравнения(±γ - корни характеристического уравнения):

1)2) 3)4)

2) прямая (падающая) волна напряжения,3) обратная (отраженная) волна напряжения, 4)прямая (падающая) волна тока

- обратная (отраженная) волна тока

Согласованность линии и нагрузки:

Несогласованная нагрузка: 1)Короткое замыкание,2) Холостой ход. 3- Согласованная нагрузка:

1)2) 3)

- коэффициент отражения

Чем больше модуль коэффициента отражения, тем заметнее влияние обратной волны, тем менее равномерно распределяются напряжение и ток вдоль линии и яснее выражены максимумы и минимумы у кривой действующего значения напряжения и тока. При несогласованной нагрузке не вся мощность, которую способна перенести прямая волна, поглощается нагрузкой. С обратной волной часть мощности возвращается генератору. Электрические линии связи требуют проведения специальных мер, без которых невозможна не только безошибочная передача данных, но и вообще любое функционирование сети. Согласование электрических линий связи применяется для обеспечения нормального прохождения сигнала по длинной линии без отражений и искажений. Следует отметить, что в локальных сетях кабель работает в режиме длинной линии даже при минимальных расстояниях между компьютерами, так как скорости передачи информации и частотный спектр сигнала очень велики. Принцип согласования кабеля прост: на его концах необходимо установить согласующие резисторы (терминаторы) с сопротивлением, равным волновому сопротивлению используемого кабеля. Волновое сопротивление ZВ (Ом) - сопротивление, которое встречает электромагнитная волна при распространении вдоль однородной линии без отражения, т.е. при условии, что на процесс передачи не влияют несогласованности на концах линии. Волновое сопротивление СК зависит от удельных значений емкости и индуктивности кабеля. Волновое сопротивление – это параметр данного типа кабеля, зависящий только от его устройства (сечения, количества и формы проводников, толщины и материала изоляции и т.д.). Величина волнового сопротивления обязательно указывается в сопроводительной документации на кабель и составляет обычно от 50—100 Ом для коаксиального кабеля, до 100—150 Ом для витой. Точное значение волнового сопротивления легко можно измерить с помощью генератора прямоугольных импульсов и осциллографа как раз по отсутствию искажения формы передаваемого по кабелю импульса. Если согласующее, нагрузочное сопротивление Rн меньше волнового сопротивления кабеля Rв, то фронт передаваемого прямоугольного импульса на приемном конце будет затянут, если же Rн больше Rв, то на фронте будет колебательный процесс. Поэтому даже при идеально согласованном на концах кабеля, волновое сопротивление которого существенно отличается от стандартного, сеть, скорее всего, работать не будет или будет работать со сбоями. В простейшем случае проводная ЛС - физическая цепь, образуемая парой металлических проводников. Кабельные ЛС образованы проводами с изоляционными покрытиями, помещенными в защитные оболочки. По конструкции и взаимному расположению проводников различают симметричные (СК) и коаксиальные (КК) кабели связи. Симметричная цепь состоит из двух совершенно одинаковых в электрическом и конструктивном отношениях изолированных проводников. Различают экранированные и неэкранированные СК. Коаксиальная цепь представляет собой два цилиндра с совмещенной осью, причем один цилиндр - сплошной внутренний проводник, концентрически расположен внутри другого полого цилиндра (внешнего проводника). Проводники изолированы друг от друга диэлектрическим материалом. В коаксиальных парах со сплошным диэлектриком Zв=50 Ом, а при комбинированной изоляции величина волнового сопротивления составляет примерно 75 Ом. Способность коаксиальной цепи пропускать широкий спектр частот конструктивно обеспечивается коаксиальным расположением внутреннего и внешнего проводников. Взаимодействие электромагнитных полей внутреннего и внешнего проводников коаксиальной пары таково, что внешнее поле равно нулю.

Учитывая, что токи в проводниках а и б равны по величине и обратны по знаку, магнитные поля внутреннего и внешнего проводников и в любой точке пространства вне коаксиальной пары также будут равны по величине и направлены в разные стороны. Следовательно, результирующее магнитное поле вне коаксиальной пары равно нулю. Вне коаксиальной пары магнитное поле отсутствует. Отсутствие внешнего электромагнитного поля обусловливает основные достоинства коаксиальных кабелей: широкий диапазон частот, большое число каналов, защищенность от помех.

Распределение плотности тока во внутреннем проводнике определяется лишь действием поверхностного эффекта. Силовые линии внутреннего магнитного поля, пересекая толщу проводника, наводят в нем вихревые токи, направленные по закону Ленца против вращения рукоятки буравчика. Вихревые токи в центре проводника имеют направление, обратное движению основного тока, протекающего по проводнику, а на периферии их направления совпадают. В результате взаимодействия вихревых токов с основным происходит такое перераспределение тока по сечению проводника, при котором плотность его возрастает к поверхности проводника. Данное явление, носящее название поверхностного эффекта, увеличивается с возрастанием частоты тока, магнитной проницаемости, проводимости и диаметра проводника. Во внешнем проводнике плотность тока увеличивается в направлении к ее внутренней поверхности. Это объясняется воздействием поля внутреннего проводника. При наличии внутреннего проводника плотность тока увеличивается на внутренней поверхности внешнего проводника. Переменное магнитное поле, создаваемое током проводника a, наводит в металлической толще полого проводника б вихревые токи. На внутренней поверхности проводника б вихревые токи совпадают по направлению с основным током, а на наружной поверхности движутся против него. В результате ток в проводнике перераспределяется таким образом, что его плотность возрастает в направлении к внутренней поверхности. Чем выше частота тока, тем сильнее эффект смещения тока на внешнюю поверхность проводника а и внутреннюю поверхность проводника б. Таким образом, внешний проводник коаксиальной пары выполняет две функции:1) является обратным проводником цепи передачи;2) защищает (экранирует) передачу, ведущуюся по кабелю, от мешающих влияний.

studfiles.net

Характеристическое сопротивление

- микроволновое оборудование DS Instruments

Общие сведения о характеристическом сопротивлении, КСВН и коэффициенте отражения

, компания DS Instruments Staff

Октябрь 2013 DS Instruments

Нет ничего более фундаментального для понимания принципов ВЧ и СВЧ, чем понимание концепции характеристического импеданса . Когда мы говорим о 50-омном или 75-омном кабеле, мы на самом деле говорим, что его характеристическое сопротивление составляет 50 Ом, 75 Ом и т. Д.Характеристический импеданс обычно объясняется удручающе малым количеством слов, за которым следует множество уравнений и математических аргументов. Эта статья - попытка объяснить это более интуитивно.

Важно понимать, что системы с сопротивлением 50 или 75 Ом, обычно используемые в современных ВЧ / СВЧ-системах, являются произвольным выбором, «сделанным человеком». Это могло быть 43 Ом или другое число, но соображения физического размера действительно диктуют диапазон практических коаксиальных кабелей от 20 до 200 Ом.Сочетание вопросов физического размера и практического диапазона импеданса коаксиального кабеля и стремления к простой арифметике дает нам значения характеристического импеданса, наблюдаемые сегодня, равные 50 и 75 Ом (обычно).

Не менее важно помнить, что понятие характеристического импеданса настолько широкое, что включает все типы коаксиальных линий, печатных плат, микрополосков, полосковых линий, сдвоенных выводов и витой пары. Фактически, если вы проектируете линии передачи на печатной плате, вы можете выбрать характеристическое сопротивление таким, каким вы хотите, а не просто 50 или 75 Ом.

Замечательно, что даже свободное пространство само по себе имеет характеристический импеданс. В случае свободного пространства и другой неограниченной среды этот импеданс называется внутренним импедансом .

Эксперимент с использованием 50-омного коаксиального кабеля

Допустим, кто-то протягивает вам рулон коаксиального кабеля длиной 1000 футов и говорит вам: «Это 50-омный коаксиальный кабель, используйте его с умом». Вы решаете проверить это утверждение «50 Ом» с помощью омметра. Вы подключаете один вывод омметра к центральному проводнику, а другой - к внешнему проводнику на одном конце кабеля.Другой конец кабеля остается открытым. Вы удивитесь, увидев почти бесконечное сопротивление! Интересно, почему он не показывает 50 Ом? Затем вы замыкаете внутренний проводник на внешний провод на дальнем конце и снова измеряете открытый конец кабеля измерителем. Теперь он показывает около нуля Ом! " Как это может быть!" вы спрашиваете себя: «Меня уверяли, что это кабель на 50 Ом!»

Причина, по которой ваш измеритель не сообщил вам, что сопротивление кабеля 50 Ом, заключается в том, что он НЕ может считывать Мгновенное отношение напряжения / тока (V = IR).Обычные омметры имеют очень высокое внутреннее сопротивление. Любая емкость омметра в сочетании с внутренним сопротивлением образует очень большую постоянную времени. Эта большая постоянная времени не позволяет приборам этого типа реагировать достаточно быстро, чтобы «видеть» высокоскоростной импульс, подаваемый вами на коаксиальную линию, в момент подключения к ней омметра.

Вы не можете использовать обычный омметр для измерения характеристического сопротивления. Вместо того, чтобы пытаться использовать омметр, мы будем использовать схему на рисунке 1.Схема позволяет нам генерировать импульс тока, переключая переключатель. Звездочка указывает, где вы хотите наблюдать и измерять ток.

Предположим, что переключатель находится в положении РАЗРЯД в течение очень долгого времени, что гарантирует отсутствие напряжения на коаксиальном кабеле. Что произойдет, если мы переключим переключатель в положение ЗАРЯДКА? В тот момент, когда переключатель подключает батарею (+) к центральному проводнику коаксиального кабеля, он начинает «заряжать» этот кусок коаксиального кабеля, что-то вроде зарядки конденсатора.Затем мы могли бы разрядить кабель, закоротив центральный проводник на экран или минус аккумулятора, или переключив его в положение РАЗРЯДА.

Таким образом, с помощью простого переключателя, показанного на рисунке 1, мы можем подать «импульс» тока на коаксиальный кабель. Если вы измеряете ток в центральном проводе в момент, когда переключатель впервые подключается к CHARGE, вы увидите импульс тока, который достигнет максимального значения Imax = Vbat / Zo, где Zo - характеристическое сопротивление коаксиального кабеля. Иногда характеристический импеданс называется импульсным сопротивлением коаксиального кабеля .

Какие свойства коаксиального кабеля ограничивают пусковой ток указанным выше выражением? Или другой вариант, почему коаксиальный кабель не заряжается «мгновенно»? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте посмотрим, как заряжался бы идеальный конденсатор по сравнению с коаксиальным кабелем, если бы он был подключен к нашей схеме переключателя, показанной на рисунке 1.

Теоретически идеальный разряженный конденсатор будет видеть бесконечный ток в течение нулевого времени, если вы подключите его к идеальному источнику (идеальный источник напряжения имеет нулевое внутреннее сопротивление).Другими словами, конденсатор будет заряжаться «мгновенно» до приложенного напряжения источника. Есть два важных различия в способах зарядки коаксиального кабеля и идеального конденсатора при подключении к батарее. Сначала мы предположили, что идеальный конденсатор имеет нулевую индуктивность и нулевое сопротивление на пути тока. Любая ненулевая индуктивность / сопротивление ограничит скорость броска тока. Во-вторых, идеальный конденсатор имеет нулевую физическую длину, поэтому импульс тока не распространяется в пространстве.

Наш кусок коаксиального кабеля не заряжается мгновенно. Это так, потому что у него действительно есть индуктивность на линейный фут и физическая длина> 0. Поскольку наш кусок коаксиального кабеля имеет конечную последовательную индуктивность на единицу длины, емкость на единицу длины и имеет ненулевую физическую длину и приложенную импульс тока будет распространяться как во времени , так и в пространстве .

В частности, последовательная индуктивность препятствует протеканию тока, который заряжает емкость кабеля.Это приводит к задержке распространения всплеска тока. Эта задержка распространения заставляет всплеск тока распространяться во времени, то есть не мгновенно, как в случае идеального конденсатора. Одновременно физическая длина создает распределение распространения в пространстве выброса тока. Наша текущая волна проходит по кабелю от того места, где она началась.

Вместо бесконечного «импульса» тока в нулевом времени и нулевом пространстве, как в идеальном конденсаторе, коаксиальный ток быстро достигает максимума и начинает распространяться по коаксиальному кабелю.Скорость распространения обычно меньше скорости света и зависит от материалов, из которых сделан коаксиальный кабель, в частности от диэлектрической проницаемости материала между внутренним и внешним проводниками.

Из нашего вышеупомянутого обсуждения мы можем сформировать идеальную схему , которую нельзя отличить от идеальной бесконечной длины коаксиального кабеля, см. Рисунок 2. Под идеалом мы подразумеваем коаксиальный кабель и компоненты без потерь, а также без резисторов и конденсаторов. паразитной индуктивности, емкости и сопротивления.

На рисунке 2 у нас есть две коробки, 1 и 2. Нам не разрешено видеть внутри коробок, все, что мы можем видеть и к которому прикрепляем инструменты, - это 1 фут открытого коаксиального кабеля с сопротивлением Z Ом. Наша задача - определить, содержит ли коробка только коаксиальный кабель или кусок коаксиального кабеля с присоединенной к нему цепью после некоторого количества кабеля.

После использования омметров, вольтметров, измерительных приборов, рефлектометров во временной области, сетевых анализаторов и всего остального, что мы можем использовать, мы не видим никакой разницы в измерениях и заключаем, что две коробки содержат одинаковую физическую схему или длину кабеля.

Как показано на рисунке 2, мы видим, что это не так. Коробка 1 содержит коаксиальный кабель бесконечной длины, а другая коробка - небольшую секцию коаксиального кабеля с последовательной RC-цепью, прикрепленной между внутренним проводником и внешним экраном на конце кабеля. Серия R равна характеристическому сопротивлению коаксиального кабеля Z Ом, а последовательный конденсатор имеет бесконечную емкость. Назначение этого бесконечного конденсатора - блокировать постоянный ток (но пропускать весь переменный ток), чтобы гарантировать, что простая (идеальная) проверка омметром будет показывать бесконечное сопротивление, как это было бы на бесконечном куске коаксиального кабеля в коробке 1.

В этом гипотетическом примере нам пришлось использовать идеальные компоненты и бесконечную длину кабеля, чтобы наши утверждения были строго верными. Но это не значит, что этот эксперимент нельзя воспроизвести с реальными вещами. Фактически, с очень точными компонентами в коробке 2 и очень длинным отрезком высококачественного коаксиального кабеля в коробке 1 (> 100 миль) было бы очень трудно измерить большую разницу между этими двумя коробками даже с лучшими инструментами, по крайней мере, по некоторым параметрам. полоса частот.

Метод измерения перенапряжения тока отличается от обычного метода измерения волнового сопротивления коаксиального кабеля, но это жизнеспособный и интуитивно понятный метод.Другой способ измерения характеристического импеданса коаксиального кабеля - это измерение его индуктивности и емкости на единицу длины; квадратный корень из L, деленный на C, будет в омах (не в фарадах или генри) и будет равен характеристическому сопротивлению.

Почему разные кабели имеют разное характеристическое сопротивление? Каждый коаксиальный кабель или другая среда передачи имеет свою уникальную емкость и индуктивность на единицу длины. Для коаксиальных кабелей это будет определяться соотношением внутренних / внешних проводников и диэлектрической проницаемостью материала между проводниками для коаксиальных кабелей.Для микрополосковых линий это в первую очередь ширина дорожки, диэлектрическая проницаемость печатной платы и толщина печатной платы.

Возможно, теперь идея кабеля «50 Ом» имеет какой-то смысл, и теперь вы фанат систем «50 Ом». Теперь вы стремитесь к «идеальным 50 Ом» для всех ваших кабелей, подключений и устройств. Вы стали настолько неразумными, что настаиваете на том, чтобы все системы были ТОЧНО 50 Ом.

Что ж, теперь у вас проблемы. По правде говоря, нет коаксиального кабеля, разъема, усилителей и т. Д.это ровно 50 Ом. Дело в том, что просто поразительно, как далеко вы можете быть на 50 Ом в своих проектах и ​​не увидеть такого сильного снижения производительности! Нам нужен способ выразить, насколько мы близки к 50 Ом в наших конструкциях и системах. Наиболее распространенный способ сделать это - это то, что называется КСВН или коэффициентом стоячей волны напряжения. Наверняка сложно звучащее имя.

Есть надежда, что с освоением концепции VSWR вы станете более разумным в том, насколько ваши импедансы должны быть близки к идеальным значениям.Концепция VSWR применима для ЛЮБОГО характеристического сопротивления, 50 Ом или иное.

Давайте разберемся, что такое КСВН на примере. Предположим, вы взяли свой 1000-футовый рулон 50-омного коаксиального кабеля и отрезали от него 20-футовый кусок. Теперь подключите один конец к схеме, показанной на рисунке 3. На рисунке 3 переключатель и батарея, показанные на рисунке 1, были заменены резистором на 50 Ом и источником сигнала, который генерирует синусоидальные волны. Мы также предположим, что внутренний генератор «50 Ом» идеален в том смысле, что он всегда ведет себя как резистор без паразитных индуктивных или емкостных элементов.Другой конец коаксиального кабеля оставим открытым. Мы устанавливаем частоту источника синусоидальной волны на 50 МГц. Хотя подойдет практически любая частота, 50 МГц - хорошее место для тестирования большинства коаксиальных кабелей.

В этот момент наша схема на рисунке 3 подает синусоидальную волну 50 МГц на один конец «50-омного» отрезка коаксиального кабеля без подключения на другом конце. Что случится?

Вот что происходит: синусоидальная волна, когда FIRST применяется к кабелю, начинает «распространяться» к открытому концу кабеля, точно так же, как и наш текущий импульс.Когда синусоидальная волна достигает конца кабеля, она полностью, «отражается», разворачивается и направляется обратно к генератору! Попав внутрь генератора, он «рассеивается» в виде тепла во внутреннем 50-омном резисторе генератора. Возможно, в это трудно поверить, но это правда **.

Теперь мы повторяем тот же эксперимент, за исключением того, что закорачиваем другой конец коаксиального кабеля. Мы снова увидим полное отражение синусоидальной волны и полное рассеяние отраженной волны во внутренних 50 Ом генератора (будет реверс фазы по сравнению с ОТКРЫТЫМ случаем, описанным выше).

Итак, если конец кабеля разомкнут или закорочен, мы получаем ПОЛНОЕ отражение нашей приложенной синусоидальной волны. Это определяется как КСВ «от бесконечности до 1». Теперь мы подключаем «идеальный» резистор на 50 Ом к концу коаксиальной линии. В этом случае у нас есть с заделкой кабеля с его характеристическим сопротивлением. Приложенная синусоида будет полностью рассеиваться на этой оконечной нагрузке, и отражение будет нулевым. Мы обманули синусоиду; он видит нашу оконечную нагрузку просто как «бесконечный» кусок кабеля.Мы, конечно, прошли полный круг и снова пришли к эквивалентной схеме блока 2 на рисунке 3 выше.

Состояние безупречного завершения имеет самый низкий достижимый КСВН и определяется как 1: 1 или обычно записывается как 1: 1. КСВ 1: 1 для коаксиального кабеля означает, что он в точности равен характеристическому импедансу, и у нас будет НУЛЕВОЕ отражение от этой оконечной нагрузки.

Тесно связанный параметр - коэффициент отражения.Этот член регистрирует не только величину отраженной волны, но и ее угол по отношению к исходной волне. Поскольку коэффициент отражения измеряет величину отражения и его угол, это ВЕКТОРНОЕ измерение. КСВН измеряет только величину и, следовательно, является СКАЛЯРНЫМ измерением. КСВН можно рассчитать, если известен коэффициент отражения, см. Ниже. В таблице также показаны возвратные потери и потери из-за несоответствия. Обратные потери (RL) - это мера того, сколько мощности отражается от нагрузки или оконечной нагрузки.Чем ближе оконечная нагрузка или нагрузка к «идеальному» характеристическому импедансу, тем ниже отраженная мощность. Он выражается в дБ относительно падающей мощности и обычно имеет отрицательное значение, что указывает на более низкую отраженную мощность, чем поглощенную нагрузкой. Опять же, VSWR можно рассчитать, если известно RL. Любой RL лучше, чем -15 дБ, обычно считается вполне приемлемым.

Mismatch Loss (ML) указывает, сколько мощности теряется, когда сигнал (синусоида) проходит через отчетливое изменение характеристического импеданса.Поскольку не существует идеальной системы разъемов, ML возникает на каждом разъеме, соединении и т. Д. Хорошо, вернемся к реальному миру. Не бывает идеальных оконечных устройств и идеальных резисторов на 50 Ом. Давайте посмотрим, что происходит, когда мы используем реальную оконечную нагрузку на 50-омном коаксиальном кабеле, который немного не работает или в некотором роде несовершенный.

Предположим, вы работаете с системой на 50 Ом и вам необходимо заделать открытый конец коаксиального кабеля, чтобы предотвратить нежелательные отражения. К сожалению, у вас в кармане есть только клеммы на 75 Ом.Предполагая, что вы можете подключить разъем, что произойдет, если вы завершите эту 50-омную линию концевой нагрузкой 75 Ом?

Во-первых, 75 Ом чертовски близко к 50 Ом. Если вы воспользуетесь формулами в таблице ниже, вы рассчитаете КСВН 1,5: 1. Поскольку наше оконечное сопротивление не равно 50 Ом, часть синусоидальной волны или сигнала будет отражаться обратно к генератору, но не очень сильно.

КСВН 1,5: 1 вполне приличный, и если вы посчитаете отраженную мощность, вы увидите, что она мала, почти на 14 дБ ниже приложенной! Многие коммерчески доступные дискретные ВЧ усилители (MMIC’S) едва достигают или имеют хуже, чем 1.КСВ 5: 1, а это, как утверждается, компоненты системы «50 Ом»!

Теперь мы надеемся, что ваша приверженность к 50 Ом становится более терпимой. Ниже приведен еще один реальный пример того, как можно немного обмануть характерные «правила» независимости и избежать наказания за это.

В системе спутникового телевидения обычно используется коаксиальный кабель 75 Ом после понижающего преобразователя LNA / Block (LNB). В этой установке необходим 50-футовый коаксиальный кабель между LNB и IF Decoder. Желательно использовать небольшой легкий 50-омный коаксиальный кабель вместо более тяжелого 75-омного коаксиального кабеля большего диаметра.Какое влияние это окажет на производительность системы или, точнее говоря, каков чистый системный эффект коаксиального несовпадения от 50 до 75 Ом? Таблица 1 ниже суммирует расчеты из этого примера и обсуждений выше;

Таблица 1

Из Таблицы 1 выше видно, что потеря рассогласования составляет менее 0,2 дБ. Также важно знать, что в этом случае декодер IF принимает сигнал, который был переведен на гораздо более низкую частоту с большим усилением «впереди» в блоке LNB.Этот выигрыш делает две вещи; устанавливает коэффициент шума системы на LNB и обеспечивает изоляцию от отражений ниже по потоку.

В итоге получается, что даже если некоторая мощность будет потеряна из-за потери рассогласования, у нас будет достаточно энергии, которую можно сэкономить от усилителя с высоким коэффициентом усиления в цепи приемника. Что касается отраженного сигнала, высокая изоляция LNB защищает систему от неблагоприятного воздействия. Не стоит беспокоиться!

** Аналогичное явление происходит, когда океанские волны ударяются о вертикальную морскую стену.Любой, кто был свидетелем такого события, вспомнит, как волна пришла, ударилась о стену и родилась новая волна, которая уходит обратно в море. Волны, которые падают на красивый пляж, рассеиваются с небольшим количеством отраженных волн или без них. Можно сказать, что постепенный пляж имеет характерное сопротивление для типичных поверхностных волн в океане.

Характеристический импеданс - обзор

10.9 Электронное чувствительное тестирование

Электронный текстиль или электронный текстиль ведет к междисциплинарной области исследований, объединяющей специалистов в области информационных технологий, микросистем, материалов и текстиля.Основное внимание в этой новой области уделяется разработке перспективных технологий и технологий изготовления для экономичного производства больших по площади, гибких, согласованных информационных систем, которые, как ожидается, будут иметь уникальные приложения как для бытовой электроники, так и для военной промышленности.

Электронный текстиль объединяет в себе сильные стороны и возможности электроники и текстиля. Электронный текстиль, также называемый «умными тканями», имеет не только «носимые» возможности, как и любая другая одежда, но также локальный мониторинг и вычисления, а также возможности беспроводной связи.Датчики и простые вычислительные элементы встроены в электронный текстиль, а также встроены в пряжу с целью сбора конфиденциальной информации, отслеживания статистики естественного движения населения и ее удаленной отправки (возможно, по беспроводному каналу) для дальнейшей обработки. Возможные приложения включают медицинский (младенческий или пациентский) мониторинг, системы обработки личной информации и удаленный мониторинг развернутого персонала в военных или космических приложениях.

Проводящие ткани становятся все более популярными среди электронного текстиля.В общем, для придания текстильному материалу электропроводности используются два основных метода: (а) путем нанесения проводящего покрытия на поверхность непроводящего текстильного материала после того, как он сформирован, или (б) путем включения проводящих волокон (например, путем переплетения или вышивка) в текстильную структуру. Таким образом, любая текстильная структура, включая трикотажные, тканые и нетканые ткани, может быть сделана электропроводящей. Выбор текстильной структуры и проводящего механизма определяет эффективность текстиля как эквивалентного электропроводящего материала и гарантирует его долговечность в течение предполагаемого срока службы.В настоящее время в области токопроводящих волокон используются высокопроводящие металлические провода или гальванические волокна. По сути, проводящие полимеры становятся ближе по своим характеристикам к металлическим проводникам и могут быть подходящими для следующего поколения применений в электротекстилях.

Поскольку эти ткани являются новыми изобретениями в области интеллектуального текстиля, были адаптированы комплексные подходы для интеграции этих тканей с проводящими проводами (проводящими тканями), носимыми электронными устройствами и микрокомпьютерами.Соответственно, испытания этих тканей у разных исследователей различаются. В связи с отсутствием стандартных методов и процедур тестирования в следующих разделах представлен краткий обзор подходов к тестированию, принятых различными исследователями. Некоторые текстильные изделия с электрическими свойствами уже нашли применение в области защиты от электромагнитных помех, статического рассеяния и резистивных нагревателей. Для этих продуктов вся площадь ткани должна быть токопроводящей, тогда как для передачи данных требуются отдельные токопроводящие линии.Для передачи данных важно иметь высокую проводимость.

Чтобы оценить электрический и электронный отклик проводящих тканей, Kirstein et al. (2002) измерил высокочастотные свойства проводящих тканей, чтобы предсказать электрические свойства различных тканей и оптимизировать ткани и конфигурации сигнальных линий. Они проанализировали простую тканую ткань с медными нитями. Электрические характеристики были выполнены путем измерения таких свойств материала, как диэлектрическая проницаемость, конфигурация линии передачи и измерение импеданса.Чтобы исследовать частотные характеристики текстильных линий передачи, они измерили характеристики передачи с помощью векторного анализатора цепей (ВАЦ) до 6 ГГц.

О способе определения характеристик электротекстиля с использованием уникального волноводного измерения с использованием несбалансированной связи сообщили Оуян и Чаппелл (2005a, 2005b). Используя измерение в волноводе, авторы измерили изменение добротности Q и резонансной частоты, чтобы определить тангенс угла потерь и диэлектрическую проницаемость материала.Чтобы охарактеризовать проводящие свойства различных проводящих волокон, было создано оптоволоконное приспособление для измерения в волноводной полости. В креплении для волокна проводящие нити располагались параллельно друг другу с контролируемым равным пространством над апертурой волновода в измерительной установке. Таким образом, эффективное поверхностное сопротивление различных классов токопроводящих нитей оценивалось с высокой частотой без влияния рисунка на результат. Представлены два метода измерения эффективного поверхностного сопротивления и проводимости электротекстиля различных классификаций.Волноводная техника применима для материалов, на которые наносят металлическое покрытие после формирования текстиля. Методика измерения на основе волноводного резонатора с высоким значением Q желательна для повышения чувствительности эффекта проводимости с целью характеристики электротекстильных свойств. Измерение Q полости для определения электропроводности металла хорошо зарекомендовало себя для традиционных измерений с симметричными входными и выходными портами. Помимо измерения полости волновода, авторы использовали другую методику измерения для характеристики электротекстиля на основе микрополоскового резонатора.

В целом, чтобы оценить электронный отклик тканей, исследователи использовали следующие электрические параметры, чтобы описать поведение передачи сигнала в таких тканях.

10.9.1 Конфигурация линии передачи

Эта конфигурация линии передачи аналогична обычным копланарным волноводам (CPW) на печатных платах.

10.9.2 Измерение импеданса

Этот параметр используется для исследования характеристического импеданса текстильных линий передачи.Ожидается, что геометрические вариации ткани влияют на импеданс. Отражения сигнала вдоль линии передачи можно измерить с помощью рефлектометрии во временной области, поскольку металлические волокна, встроенные в проводящие ткани, демонстрируют различные характеристики импеданса и эффекты передачи сигнала.

10.9.3 Частотная характеристика

Чтобы определить полосу пропускания текстильных линий передачи, исследуются частотные характеристики текстильных линий передачи и измеряются характеристики передачи с помощью анализатора цепей, работающего на частотах до 6 ГГц.Извлеченные частотные характеристики показывают такую ​​информацию, как диэлектрические и омические потери, а также вносимые потери в линии.

10.9.4 Передача цифрового сигнала

Тестирование передачи цифрового сигнала с длиной линии 20 см и тактового сигнала с частотой 100 МГц может быть выполнено для понимания целостности сигнала различных конфигураций линии. Чем больше сигнальных линий, тем лучше целостность сигнала, но тем больше энергии требуется для передачи сигнала.

Полное сопротивление кабеля

Этот документ пытается прояснить некоторые детали линий передачи. и индуктивность кабеля. Этот документ представляет собой лишь краткое введение в эти темы. Если вы планируете много работать с линиями передачи, коаксиальными или в противном случае стоит потратить время, чтобы получить книгу об этом тема. Идеальная книга зависит от вашего образования в области физики или электротехники. инженерное дело и математика.

Какое сопротивление кабеля и когда оно необходимо?

Основная идея заключается в том, что проводник на радиочастотах больше не ведет себя как проводник. штатный старый провод.Так как длина жилы (провода) приближается примерно к 1/10 длина волны передаваемого сигнала - старая добрая схема правила анализа больше не применяются. Это тот момент, когда такие вещи, как На сцену выходят импеданс кабеля и теория линии передачи.

Ключевой принцип всей теории линий передачи состоит в том, что полное сопротивление источника должен быть равен импедансу нагрузки для достижения максимальной передачи мощности и минимальное отражение сигнала в пункте назначения. В реальном мире обычно это означает, что полное сопротивление источника такое же, как и полное сопротивление кабеля. и значение приемника на другом конце кабеля также имеет такое же сопротивление.

Как определяется импеданс кабеля?

Характеристический импеданс коэффициента передачи кабеля от напряженности электрического поля до напряженности магнитного поля для волн распространяющиеся в кабеле (В / м / А / м = Ом).

Закон Ома гласит, что если напряжение (E) приложено к паре клемм и в этой цепи измеряется ток (I), то для определения величины импеданса (Z) можно использовать следующее уравнение. Следующая формула будет держать истину:

 Z = E / I
 
Это соотношение справедливо, будь то постоянный ток (DC) или переменный ток (AC).

Характеристический импеданс и обычно обозначается Zo или «Zed naught». Когда по кабелю передается РЧ-мощность без стоячих волн, Zo также равно отношение напряжения на линии к току, протекающему в линейные проводники. Так определяется характеристическое сопротивление по формуле:

 Zo = E / I
 
Напряжения и токи зависят от индуктивного сопротивления и емкостное реактивное сопротивление в кабеле. Итак, характеристический импеданс формулу можно записать в следующем формате:
 Zo = sqrt ((R + 2 * пи * f * L) / (G + j * 2 * pi * f * c))
 
Где:
  • R = последовательное сопротивление проводника в омах на единицу длины (сопротивление постоянному току)
  • G = Шунтирующая проводимость в mhos на единицу длины
  • j = символ, указывающий, что член имеет фазовый угол +90 градусов (мнимое число)
  • пи = 3.1416
  • L = Индуктивность кабеля на единицу длины
  • C = Емкость кабеля на единицу длины
  • sqrt = функция квадратного корня
Для материалов, обычно используемых для изоляции кабелей, G мало. достаточно, чтобы им можно было пренебречь по сравнению с 2 (3,1416) f C. На низких частотах 2 (3,1416) f L настолько мало по сравнению с R, что им можно пренебречь. Поэтому на низких частотах следующие можно использовать уравнение:
 Zo = sqrt (R / (j * 2 * pi * f * C))
 
Если емкость не изменяется с частотой, Zo изменяется обратно пропорционально квадратному корню из частоты и имеет фазовый угол, который составляет -45 ° около постоянного тока и уменьшается до 0 ° с увеличением частоты.Емкость поливинилхлорида и каучука несколько снижается с увеличением частоты, в то время как полиэтилен, полипропилен и тефлон * существенно не меняются.

Когда f становится достаточно большим, два члена, содержащие f, становятся настолько большими, что R и G можно не учитывать, и результирующее уравнение выглядит следующим образом:

 Zo = sqrt ((j * 2 * pi * f * L) / (j * 2 * pi * f * C))
 
Что можно упростить до формы:
 Zo = sqrt (аккредитив)
 

Характеристики кабелей на высоких частотах

На высоких частотах кабель нельзя рассматривать как обычный кабель.На на более высоких частотах он работает как волновод. Характеристическое сопротивление удельное сопротивление для электромагнитных волн. Итак: это нагрузка, которую создает кабель на высоких частотах. Он высокий частота идет (в зависимости от кабеля, конечно) обычно от 100 кГц и вверх.

Если вы подаете синусоидальный электрический сигнал переменного тока разумной частоты в один конец кабеля, то сигнал распространяется как электрическая волна вниз по кабелю. Если длина кабеля очень велика, длины волны на частоте этого переменного сигнала, и вы измеряете отношение переменного напряжения к переменному току в этой бегущей волне, тогда это отношение равно называется характеристическим сопротивлением кабеля.

В практических кабелях характеристический импеданс определяется геометрия кабеля и диэлектрик. Длина кабеля на это не влияет. характеристическое сопротивление.

Как выглядит модель коаксиального кабеля?

Коаксиальный кабель схематически представлен серией конденсаторы и индуктивности, своего рода странное устройство фильтров, конкретные значения, уникальные для конкретного типа коаксиального кабеля. При заданном частота, если она выбрана правильно, это устройство пропускает большую часть сигнала; в то время как на более высоких частотах это расположение ослабляет сигнал.

Как характеристики коаксиального кабеля определяют импеданс?

Длина не имеет ничего общего с импедансом коаксиального кабеля. Характеристический импеданс определяется размером и расстоянием между проводники и тип диэлектрика, используемого между ними. Для обычного коаксиального кабеля, используемого с разумной частотой, характеристический импеданс зависит от размеров внутреннего и внешние проводники, а также характеристики диэлектрического материала между внутренним и внешним проводниками.(1/2)) * лог (Д / д)

Где:

  • log = логарифм 10
  • d = диаметр центрального проводника
  • D = внутренний диаметр экрана кабеля
  • e = диэлектрическая проницаемость (= 1 для воздуха)

В ореховой скорлупе характеристический импеданс коаксиального кабеля равен квадратный корень из (индуктивность на единицу длины разделить на длина емкости). Для коаксиальных кабелей характеристический импеданс обычно составляет от 20 до 150 Ом.Длина кабель не имеет никакого значения в отношении характеристического сопротивления.

Если частота слишком высока для коаксиального кабеля, то волна может распространяться в нежелательных режимах (т. (1/2))

Где:

  • log = логарифм 10
  • d = диаметр проволоки
  • D = расстояние между проводами в паре
  • e = диэлектрическая проницаемость (= 1 для воздуха)
  • h = расстояние между симметричной парой и землей
Не то чтобы эта формула действительна только для неэкранированной сбалансированной пары. когда D и h на порядок больше d.(1/2)) * журнал ((2D / d)

Для сдвоенной линии Zo обычно составляет от 75 до 1000 Ом в зависимости от предполагаемое приложение. Импеданс типичной старой телефонной пары в телефонных столбах в воздухе имеет характеристическое сопротивление около 600 Ом. Используемые телефонные и телекоммуникационные кабели обычно имеют характеристическое сопротивление 100 или 120 Ом.

Какую электрическую модель я могу использовать для длинного коаксиального кабеля?

Если вы знаете индуктивность и емкость определенной длины кабель можно использовать следующую электрическую модель:

 л л л / / л
                 --- + uuuu + - + - + uuuu + - + - + uuuu + - /... / + uuuu + ---
                           | | | / / |
                         - + - - + - - + - - + -
                      С - + - С - + - С - + - С - + -
                           | | | / / |
                 ---------- + -------- + ------ + - / ... / ------ + ---
                                            / /
 
Для этой модели полезно знать полезный импеданс. уравнение, описывающее соотношение импеданса, емкости и обучение:
 Z = sqrt (аккредитив)
 

Уравнения и модель основаны на том факте, что для «длинных» кабелей вы можете рассчитать полное сопротивление кабеля с помощью следующей модели:

 л л л / / л
--- + uuuu + - + - + uuuu + - + - + uuuu + - /... / + уууу + ->
                           | | | / / |
- + - - + - - + - - + -
                      С - + - С - + - С - + - С - + -
                           | | | |
                           
                                   
      Z = jwL + [(1 / jwC) || {(jwL + [(1 / jwC) || ...
                               
= Z
 
Поскольку цепочка бесконечна, члены справа просто равны Z. Получается хорошая квадратичная величина.

"long" не является настоящим ограничением, чтобы соответствовать длине волны или лучше ориентировочно.

Могу ли я измерить сопротивление кабеля мультиметром?

Характеристическое сопротивление кабеля - это характеристика кабеля, которая действительно только для высокочастотных сигналов. Мультиметры используют постоянный ток для измерения сопротивления, поэтому вы не можете измерить импеданс кабеля используя мультиметр или другое простое измерительное оборудование. Обычно лучше проверять тип кабеля (обычно он указан на кабеле). и его характеристики импеданса из какого-то каталога вместо пытаюсь измерить это.

Как измерить сопротивление кабеля?

Существуют отношения, которые делают определение Зо довольно простым с надлежащим оборудованием. Можно показать, что если на данной частоте полное сопротивление отрезка кабеля измеряется с открытым дальним концом (Zoc), а измерение повторяется с закороченным дальним концом (Zsc), можно использовать следующее уравнение для определения Zo:

 Zo = sqrt (Zoc * Zsc)
 
Где:
  • Zoc = полное сопротивление отрезка кабеля измерено при открытом дальнем конце
  • Zsc = полное сопротивление отрезка кабеля измерено при закороченном дальнем конце
ПРИМЕЧАНИЕ. Измерения Zoc и Zsc имеют величину и фазу, поэтому Zo также будет иметь величину и фазу.

Высокочастотные измерения Zo производятся путем определения скорости распространения и емкости кабеля или рефлектометрии.

Когда сопротивление кабеля влияет на сигнал?

Чтобы характеристическое сопротивление кабеля составляло любое разница в способе прохождения сигнала через него, кабель должен быть по крайней мере, большая часть длины волны для конкретного частота, которую он несет.

Скорость движения большинства проводов при переменном токе составляет от 60 до 70 процентов. скорость света, или около 195 миллионов метров в секунду.Звуковая частота 20000 Гц имеет длина волны 9750 метров, поэтому кабеля должно быть четыре или пять * километров * задолго до того, как это стало влиять на звук частота. Вот почему характеристический импеданс аудиосвязи Кабели - это не то, о чем большинству из нас есть о чем беспокоиться.

Нормальный видеосигнал редко превышает 10 МГц. Это о 20 метров на длину волны. Эти частоты приближаются к тому, чтобы быть достаточно высокий, чтобы характеристический импеданс мог быть фактором.Компьютерные видеосигналы высокого разрешения и быстрые цифровые сигналы легко превышает 100 МГц, поэтому необходимо правильное согласование импеданса даже в коротких кабельных трассах.

Как работает согласование импеданса

Во-первых, вы хотите проложить кабель с электрический источник с выходным сопротивлением, равным характеристическое сопротивление кабеля, так что вся выходная мощность источника идет в кабель, а не отражается от входного конца кабеля обратно в источник. Во-вторых, вам нужна электрическая нагрузка на выходе. кабеля, чтобы иметь входное сопротивление, равное характеристике сопротивление кабеля, так что вся мощность идет на нагрузку вместо того, чтобы отражаться от нагрузки обратно в кабель.

Есть много исключений из этого обычного способа вождения, но те используются для спецэффектов. Вы можете выбрать соответствие импеданса для максимальная передача мощности при низкой полосе пропускания или несоответствие импеданса для более плоская частотная характеристика. Это вызов инженера, в зависимости от того, что он хочет.

Зачем нужно согласование импеданса?

Если у вас есть несоответствия между выходным сопротивлением источника, характеристическое сопротивление кабеля и входное сопротивление нагрузки, затем отражения могут существенно зависеть от длины кабеля.И если вы деформируете кабель, например, из-за раздавливания или перекручивания, или если вы устанавливаете разъемы неправильно, тогда у вас могут быть отражения, в результате чего мощность потеря. А также иногда отраженная мощность может повредить источник питания, если отправляется на кабель (например, радиопередатчик). Поэтому вам нужно быть осторожным с несовпадением импеданса.

Аномалия, которая встречается не во всех учебниках, - это когда антенна толкает питание обратно (не правильное завершение), он смотрит внутрь щита и внешней стороны, любой из которых самый низкий, получает силу.Это означает, что RF может перемещаться по внешней стороне коаксиального кабеля. Самая сложная концепция коаксиального кабеля - XL, XC не существует. (к передатчику), если кабель заделан.

Наиболее частые причины для перечисления импеданса кабеля заключаются в том, что его надежных электрических характеристик и того самого импеданса листинг. Коаксиальный кабель часто используется для передачи сигналов низкого уровня с более высокой частотой. которые разделены. Разделение очень дорого с точки зрения потери сигнала - идеальное согласование импеданса будет стоить вам половины сигнала и даже небольшое рассогласование очень дорого, особенно в отношении сигналов мощности антенны.Тщательно согласованные несущие, такие как коаксиальный кабель, необходимы для сохранения сигнала на пониженный шум.

Какое влияние оказывает номинальная емкость на кабельную производительность или возможности передачи?

Емкость кабеля не имеет значения, если коаксиальный кабель терминирован. Передатчик не будет видеть ни емкости, ни индуктивности.

И эта характеристика линии передачи используется, чтобы скрыть емкость в высокочастотные печатные платы. Инженеры могут спроектировать дорожки на печатной плате так, чтобы они правильные значения емкости и индуктивности, чтобы передатчик не видите ничего, кроме линии передачи с надлежащим сопротивлением.

Почему характеристический импеданс важен при передаче данных?

Если кабель оконцован с соответствующим характеристическим импедансом, вы не можете сказать с передающего конца, что кабель не бесконечно длинный - весь сигнал, который подается в кабель, принимается кабелем и нагрузкой.

Если импедансы не совпадают, часть волн в кабеле будет отражаться обратно на кабельные соединения, искажая исходящие волны. Когда эти отраженные волны попадают на генератор волн, они снова отражаются и смешиваются с исходящими волнами, так что трудно сказать, какие волны являются исходными, а какие - переотраженными.

То же самое происходит, когда по кабелю посылаются импульсы - когда они сталкиваются с импедансом, отличным от характеристического импеданса кабеля, часть их энергии отражается обратно к передающему концу. Если импульсы обнаруживают разрыв цепи или короткое замыкание, вся энергия отражается (за исключением потерь из-за затухания - другой предмет). Для других оконечных устройств будет отражено меньшее количество энергии.

Эта отраженная энергия искажает импульс, и если импеданс генератора импульсов не совпадает с характеристическим сопротивлением кабеля, энергия будет повторно отражаться обратно по кабелю, проявляясь в виде дополнительных импульсов.

Могу ли я использовать коаксиальный кабель без согласования импеданса?

Если коаксиальный кабель очень короткий, сопротивление кабеля не изменится. имеют большое влияние на сигнал. Обычно зверский способ передачи сигнал через коаксиальный кабель для согласования импеданса, хотя есть некоторые приложения, в которых нормальный импеданс сопоставление на обоих концах не выполняется. В некоторых специальных приложениях кабель может быть согласован только по сопротивлению только на одном конце или намеренно ошибочно на обоих концах.Это приложение являются частными случаями, когда учитывается импеданс кабеля. так что комбинация кабеля и концевой заделки на концах кабеля производят желаемую передачу характеристики всей системы. В этом виде специального применения кабель не считается пассивная линия передачи, но компонент, изменяющий сигнал в цепи.

Как насчет скорости распространения?

Скорость распространения в процентах, основанная на скорости света в вакуум.Процент показывает, какова скорость сигнала в кабеле. по сравнению со скоростью света в вакууме. В коаксиальном кабеле при разумных условиях скорость распространения зависит от характеристик диэлектрического материала.

Почему показатели затухания имеют тенденцию увеличиваться с увеличением частоты?

Обычно это происходит из-за ограниченного проникновения тока в внутренние и внешние проводники (скин-эффект). С увеличением частоты ток менее глубоко проникает в проводники, и таким образом ограничивается более тонкой областью металла.Следовательно сопротивление, следовательно, затухание выше. Это также может быть частично вызвано за счет потерь энергии в диэлектрическом материале.

Как минимизировать затухание в коаксиальном кабеле?

Для линии с фиксированным внешним диаметром проводника, у которой внешний и внутренние проводники имеют одинаковое удельное сопротивление, и если предположить, что вы используете диэлектрик с незначительными потерями (например, полиэтилен или тефлон в высокочастотном диапазоне хотя бы), то получится минимальные потери в коаксиальном кабеле, если минимизировать выражение:

 (1 / д + 1) / пер (1 / д)
 
где d - отношение внутреннего диаметра проводника к внешнему. ID проводника.Электронная таблица или калькулятор помогут вам приблизиться довольно быстро: D / d = 3.5911 близко. Утверждалось, что формула Thr получена из формулы для коаксиального импеданса в зависимости от D / d и формулы для потерь, которые вы найти в «Справочных данных для инженеров», опубликованных Ховардом Сэмом, на стр. 29-13 в седьмом издании.

Интересная вещь обратите внимание, что эта минимальная потеря напрямую не дает сопротивление линии: полное сопротивление линии зависит от диэлектрика постоянная диэлектрика. Для линии с воздушной изоляцией соответствующий импеданс составляет около 76.71 Ом, но если линия изолирован сплошным полиэтиленом, то затухание минимальное составляет около 50,6 Ом. Так, как бы то ни было, все RG-58 мы используем для питания антенн и подключения тестового оборудования. довольно близко к минимальному затуханию, учитывая вышеизложенное условий, и что диэлектрик - полиэтилен.

Но если в линии используется вспененный диэлектрик с коэффициентом скорости 0,8, тогда импеданс минимального ослабления будет около 61 Ом. Однако этот минимум довольно широк, и вы не начните терять много, пока не получите более 50% от оптимального импеданса.

Обратите внимание, что линия пено-диэлектрическая с таким же импедансом и Внешний диаметр, поскольку линия из твердого диэлектрика будет иметь меньшие потери. Это потому, что для получения того же импеданса линия пены будет иметь больший внутренний проводник, и этот больший проводник будет иметь более низкое радиочастотное сопротивление и, следовательно, меньшие потери.

Типичное сопротивление кабеля

Какое типичное сопротивление кабеля?

Наиболее типичные используемые коаксиальные кабели с сопротивлением 50 и 75 Ом. кабели. Коаксиальные кабели с сопротивлением 50 Ом могут быть наиболее часто используемыми коаксиальными кабелями. кабели, и они обычно используются с радиопередатчиками, радио приемники, лабораторное оборудование и в сети Ethernet.

Другой широко используемый тип кабеля - это циаксиальный кабель 75 Ом, который используется в видео приложениях, в сетях кабельного телевидения, в разводке телевизионных антенн и в телекоммуникационных приложениях.

600 Ом - это типичный импеданс для симметричных линий с открытым проводом для телеграфия и телефония. Скрученная пара проводов калибра 22 с разумная изоляция на проводах составляет около 120 Ом для те же механические причины, что и другие типы линий передачи имеют свои характеристические импедансы.

Двойной провод, используемый в некоторых антенных системахa, имеет сопротивление 300 Ом, чтобы соответствовать свернутый диполь в импедансе свободного пространства (Однако, когда этот сложенный диполь является частью Яги (лучевой) антенны, импеданс обычно немного ниже, обычно в диапазоне 100-200 Ом.).

Почему коаксиальный кабель 50 Ом?

Стандартное сопротивление коаксиальной линии для высокочастотных помех. передача энергии в в США почти исключительно 50 Ом. Почему было выбрано это значение данные в статье, представленной _Bird Electronic Corp._ Стандартное сопротивление коаксиальной линии для высокочастотных помех. передача энергии в в США почти исключительно 50 Ом. Почему было выбрано это значение данные в статье, представленной Bird Electronic Corp.

Разные значения импеданса оптимальны для разных параметров. Максимальная грузоподъемность достигается при соотношении диаметров 1,65. соответствующий импедансу 30 Ом. Оптимальное соотношение диаметров для напряжения пробой составляет 2,7, что соответствует сопротивлению 60 Ом (кстати, стандартное сопротивление во многих европейских странах).

Допустимая мощность при пробое игнорирует плотность тока что является высоким при низком импедансе, например, 30 Ом. Затухание из-за одни только потери в проводнике при этом импедансе почти на 50% выше, чем при минимальное сопротивление затухания 77 Ом (отношение диаметров 3,6). Это соотношение, однако, ограничено только половиной максимальной мощности 30-омная линия.

Раньше было трудно найти микроволновую печь, и линии не может облагаться налогом до предела. Поэтому низкое затухание было преобладающий фактор, приводящий к выбору 77 (или 75) Ом в качестве стандарт.Это привело к появлению аппаратных средств определенных фиксированных размеров. Когда диэлектрические материалы с низкими потерями сделали гибкую линию практичной, размеры линий остались неизменными, чтобы обеспечить стыковку с существующими оборудование.

Диэлектрическая проницаемость полиэтилена 2,3. Импеданс Воздуховод с сопротивлением 77 Ом уменьшается до 51 Ом при заполнении полиэтиленом. 51 Ом все еще используется сегодня, хотя стандарт точности составляет 50 Ом.

Затухание минимальное на 77 Ом; напряжение пробоя максимальное при 60 Ом а максимальная допустимая мощность составляет 30 Ом.

Еще одна вещь, которая могла привести к 50-омному коаксиальному кабелю, - это то, что если вы возьмете центральный провод разумного размера и поместите изолятор вокруг него, а затем оберните его экраном и выберите все размеры, чтобы они были удобными и механически хорошо выглядели, тогда сопротивление будет около 50 Ом. Чтобы поднять сопротивление, диаметр центрального проводника должен быть крошечным с относительно общего размера кабеля. И чтобы снизить сопротивление, толщина изоляции между внутренними проводниками и щит должен быть очень тонким.Поскольку почти любой коаксиальный кабель, который * выглядит * хорошо по механическим причинам в любом случае оказывается около 50 Ом, естественная тенденция к стандартизации ровно на 50 Ом.

Емкость кабеля и волновое сопротивление

Возьмите кусок коаксиального кабеля, ни к чему не подключенный. Центральный проводник и щит образуют конденсатор. Если вы зарядите этот конденсатор до 100 В, затем закоротите экран на центральный провод, какой ток поток?

Оно не бесконечно (или определяется паразитным сопротивлением и реактивное сопротивление), как у «нормального конденсатора», но оно определяется характеристическое сопротивление линии.Если линия 50 Ом заряжена до 100 В, тогда ток БУДЕТ 2 Ампер. (100/50) Будет квадрат импульс и временная ширина (длительность, длительность импульса независимо от того, что вы выберите называть его) будет определяться длиной леска (около 1,5 нСм / фут в зависимости от коэффициента скорости лески).

Этот метод можно использовать, например, для генерации импульсов тока для полупроводниковые лазеры. Чтобы получить более длинные импульсы, чем можно было бы получить с практичными коаксиальными линиями можно использовать практически эквивалентный сосредоточенный импеданс.

Использование коаксиальных кабелей в приложениях

Что произойдет, если я использую кабель с сопротивлением 50 Ом для приложения Vidoe, которому нужен кабель с сопротивлением 75 Ом?

Если кабель 50 Ом видит нагрузку 75 Ом (приемник), значительная часть сигнал будет отражен обратно в передатчик. Поскольку передатчик также имеет сопротивление 75 Ом, это отраженный сигнал будет существенно отражен обратно в приемник. Потому что задержки, он будет отображаться на картинке как неприятный привидение. Множественные призраки вот так выглядят звенящие.Также отражения вызывают частичный сигнал отмены на различных частотах.

Как преобразовать значения импеданса кабеля?

Само сопротивление кабеля не может быть преобразовано, если вы не замените весь кабель с новым кабелем с правильным сопротивлением. Если вам абсолютно необходимо использовать существующий кабель для вашего приложения тогда есть один способ использовать выходной кабель: преобразователи импеданса. Есть трансформаторы, которые могут придать кабелю различное сопротивление. кабель, если они установлены на обоих концах кабеля.

В некоторых приложениях можно преобразовать резистивные адаптеры в сопротивление кабеля. Эти переходники проще трансформаторов, но обычно имеют заметную потерю сигнала в них (обычно около 6 дБ для преобразования 75 Ом в 50 Ом).

Импеданс дорожек на печатной плате

Высокоскоростные сигналы можно направлять на печатную плату, если соблюдать осторожность. чтобы импеданс дорожек соответствовал импедансу драйвера источника и оконечное сопротивление назначения.Микрополосковая линия будет иметь характеристический импеданс, если толщина, ширина и высота линии над землей контролируются.

Формула характеристического сопротивления:

 Z = (87 / sqrt (Er + 1,41)) * ln ((5,98 * h) / (0,8 * w + t))
 
Где:
  • Er = диэлектрическая проницаемость (4,8 для типичной плиты из стекловолокна)
  • h = высота диэлектрика (толщина стеклопластика между трассировка над землей)
  • t = толщина медного материала в микрополоске
  • w = ширина медного материала в микрополоске
Диэлектрическая проницаемость Er для типичного 0.062-дюймовая плита из стекловолокна 4.8. Толщина следа 0,00134 дюйма дает ширину линии 109 мил для микрополоски 50 Ом.

При прокладке дорожек на печатной плате дифференциальные пары должны иметь след такой же длины. Эти линии трассировки также должны быть как можно короче.

Согласование импедансов между разными импедансами

Если подключены два кабеля с разным сопротивлением вместе или кабель подключен к источнику, который имеет другой импеданс, то требуется какое-то согласование импданса, чтобы Избегайте отражений сигнала в местах, где проложены кабели. связаны вместе.2 Из этого уравнения вы можете видеть, что Nb / Na совпадает с коэффициент передачи напряжения трансформатора между приматы и второстепенные. Это означает, что когда вы знаете это соотношение вы можете использовать уравнение, не зная точное соотношение оборотов.

Сетевые резисторы согласования импеданса

Соответствующую сеть, показанную ниже, можно использовать для сопоставления двух неравные импедансы при условии, что Z1 больше, чем Z2.

 ____
     ---- | ____ | --- + ---------
           R1 |
                 | |
   Z1 | | R2 Z2
                 | _ |
                  |
     ------------- + ----------
 

Резистор для этой схемы можно рассчитать, используя следующие уравнения:

 R1 = Z1 - Z2 * R2 / (Z2 + R2)
  R2 = Z2 * sqrt (Z1) / (Z1-Z2)
 
В таблице ниже показаны некоторые предварительно рассчитанные значения для некоторых наиболее распространенные ситуации взаимодействия:
 Z1 Z2 R1 R2 Затухание
 (Ом) (Ом) (Ом) (Ом) (дБ)

   75 50 42,3 82,5 5,7
  150 50 121 61,9 9,9
  300 50 274 ​​51,1 13,4
  150 75 110 110 7,6
  300 75 243 82. (1/2)) * log (D / d) *, но это верно только для идеального проводника.1/2) * журнал (D / d)) * 0,83
 


Томи Энгдал <[email protected]>

Характеристическое сопротивление | Линии передачи

Параллельные провода бесконечной длины

Предположим, однако, что у нас есть набор параллельных проводов бесконечной длины без лампы на конце. Что произойдет, если мы включим выключатель? Поскольку на концах проводов больше нет нагрузки, эта цепь разомкнута. А тока вообще не будет? (Рисунок ниже)

Схема бесконечной ЛЭП.

Несмотря на то, что в этом «мысленном эксперименте» можно избежать сопротивления проводов за счет использования сверхпроводников, мы не можем устранить емкость по длине проводов. Любая пара проводников , разделенных изолирующей средой, создает между этими проводниками емкость: (рисунок ниже)

Эквивалентная схема, показывающая паразитную емкость между проводниками.

Напряжение, приложенное между двумя проводниками, создает электрическое поле между этими проводниками.Энергия накапливается в этом электрическом поле, и это накопление энергии приводит к противодействию изменению напряжения. Реакция емкости на изменение напряжения описывается уравнением i = C (de / dt), которое говорит нам, что ток будет протекать пропорционально скорости изменения напряжения с течением времени. Таким образом, когда переключатель замкнут, емкость между проводниками будет реагировать на внезапное повышение напряжения, заряжаясь и потребляя ток от источника. Согласно уравнению, мгновенное повышение приложенного напряжения (вызванное идеальным замыканием переключателя) приводит к возникновению бесконечного зарядного тока.

Емкость и индуктивность

Однако ток, протекающий через пару параллельных проводов, не будет бесконечным, потому что существует серия импедансов вдоль проводов из-за индуктивности. (Рисунок ниже) Помните, что ток через любой проводник создает магнитное поле пропорциональной величины. Энергия хранится в этом магнитном поле (рисунок ниже), и это хранение энергии приводит к противодействию изменению тока. Каждый провод создает магнитное поле, поскольку по нему проходит зарядный ток для емкости между проводами, и при этом падает напряжение в соответствии с уравнением индуктивности e = L (di / dt).Это падение напряжения ограничивает скорость изменения напряжения на распределенной емкости, не позволяя току когда-либо достигать бесконечной величины:

Эквивалентная схема, показывающая паразитную емкость и индуктивность.

Напряжение заряжает емкость, ток заряжает индуктивность.

Поскольку носители электрического заряда в двух проводах передают движение друг другу и друг другу почти со скоростью света, «волновой фронт» изменения напряжения и тока будет распространяться по длине проводов с той же скоростью, что приводит к распределенная емкость и индуктивность постепенно заряжаются до полного напряжения и тока соответственно, как это:

Незаряженная линия передачи.

Начать распространение волны.

Продолжить распространение волны.

Распространяются со скоростью света.

Линия передачи

Конечным результатом этих взаимодействий является постоянный ток ограниченной величины через аккумуляторный источник. Поскольку провода бесконечно длинные, их распределенная емкость никогда не будет полностью заряжена до напряжения источника, а их распределенная индуктивность никогда не позволит получить неограниченный зарядный ток.Другими словами, эта пара проводов будет потреблять ток от источника, пока переключатель замкнут, и ведет себя как постоянная нагрузка. Провода больше не являются просто проводниками электрического тока и носителями напряжения, но теперь сами по себе составляют компонент схемы с уникальными характеристиками. Два провода больше не являются просто парой проводов , а являются линией передачи .

В качестве постоянной нагрузки реакция линии передачи на приложенное напряжение является скорее резистивной, чем реактивной, несмотря на то, что она состоит исключительно из индуктивности и емкости (при условии наличия сверхпроводящих проводов с нулевым сопротивлением).Мы можем сказать это, потому что с точки зрения батареи нет никакой разницы между резистором, вечно рассеивающим энергию, и бесконечной линией передачи, вечно поглощающей энергию. Импеданс (сопротивление) этой линии в омах называется характеристическим сопротивлением и определяется геометрией двух проводников. Для параллельной линии с воздушной изоляцией характеристический импеданс можно рассчитать следующим образом:

Если линия передачи коаксиальная по конструкции, характеристический импеданс определяется другим уравнением:

В обоих уравнениях должны использоваться одинаковые единицы измерения в обоих выражениях дроби.Если изоляционный материал не воздух (или вакуум), это повлияет как на характеристический импеданс, так и на скорость распространения. Отношение истинной скорости распространения линии передачи и скорости света в вакууме называется коэффициентом скорости этой линии.

Коэффициент скорости - это чисто коэффициент относительной диэлектрической проницаемости изоляционного материала (также известной как его диэлектрическая проницаемость ), определяемый как отношение диэлектрической проницаемости электрического поля материала к диэлектрической проницаемости чистого вакуума.Коэффициент скорости для любого типа кабеля - коаксиального или другого - можно довольно просто рассчитать по следующей формуле:

Естественный импеданс

Характеристический импеданс также известен как естественный импеданс , и он относится к эквивалентному сопротивлению линии передачи, если бы она была бесконечно длинной, из-за распределенной емкости и индуктивности, когда «волны» напряжения и тока распространяются по ее длине при распространении. скорость равна некоторой большой доле скорости света.

В любом из первых двух уравнений можно увидеть, что характеристический импеданс линии передачи (Z 0 ) увеличивается с увеличением расстояния между проводниками. Если проводники отодвинуты друг от друга, распределенная емкость уменьшится (большее расстояние между «пластинами» конденсатора), а распределенная индуктивность увеличится (меньшее подавление двух противоположных магнитных полей). Меньшая параллельная емкость и большая последовательная индуктивность приводят к меньшему току, потребляемому линией при любой заданной величине приложенного напряжения, что по определению является большим импедансом.И наоборот, сближение двух проводников увеличивает параллельную емкость и снижает последовательную индуктивность. Оба изменения приводят к большему току, потребляемому для данного приложенного напряжения, что приравнивается к меньшему импедансу.

За исключением любых диссипативных эффектов, таких как «утечка» диэлектрика и сопротивление проводника, характеристический импеданс линии передачи равен квадратному корню из отношения индуктивности линии на единицу длины к ее емкости на единицу длины:

ОБЗОР:

  • Линия передачи представляет собой пару параллельных проводников, демонстрирующих определенные характеристики из-за распределенной емкости и индуктивности по ее длине.
  • Когда напряжение внезапно прикладывается к одному концу линии передачи, и «волна» напряжения, и «волна» тока распространяются по линии почти со скоростью света.
  • Если напряжение постоянного тока приложено к одному концу бесконечно длинной линии передачи, линия будет потреблять ток от источника постоянного тока, как если бы он был постоянным сопротивлением.
  • Характеристическое сопротивление (Z 0 ) линии передачи - это сопротивление, которое она бы проявляла, если бы была бесконечной по длине.Это полностью отличается от сопротивления утечки диэлектрика, разделяющего два проводника, и металлического сопротивления самих проводов. Характеристический импеданс является исключительно функцией емкости и индуктивности, распределенных по длине линии, и существовал бы, даже если бы диэлектрик был идеальным (бесконечное параллельное сопротивление), а провода были сверхпроводящими (нулевое последовательное сопротивление).
  • Коэффициент скорости - это дробное значение, относящееся к скорости распространения линии передачи к скорости света в вакууме.Значения варьируются от 0,66 до 0,80 для типичных двухпроводных линий и коаксиальных кабелей. Для любого типа кабеля она равна обратной величине (1 / x) квадратного корня из относительной диэлектрической проницаемости изоляции кабеля.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Основные сведения: что такое характеристический импеданс?

Дэвид Херрес

Мы говорим о коаксиальном кабеле с сопротивлением 50 или 75 Ом. Новичок задается вопросом, применимы ли эти числа к данной длине, скажем, 100 футов. Можете ли вы подключить омметр к одному концу кабеля и рассчитывать на получение этого показания с шунтированными проводниками на дальнем конце или без них? Ответ абсолютно отрицательный.

Характеристическое сопротивление коаксиального кабеля или линии передачи любого типа постоянно, независимо от его длины. Этот показатель выражается в омах, но не может быть измерен омметром. Для измерения используется рефлектометр во временной области, некоторые модели стоят тысячи долларов. Для определения этого значения также можно использовать осциллограф. Но обычно нет необходимости проводить это измерение на коротких отрезках коаксиального кабеля; коаксиальный кабель изготавливается в соответствии со строгими требованиями и имеет соответствующую маркировку.

Дальнейшее обсуждение предполагает, что читатель понимает, что импеданс состоит из сопротивления и емкостного или индуктивного реактивного сопротивления, рассчитываемых векторно. Это также предполагает, что читатель понимает, что существует максимальная передача мощности, когда источник и нагрузка совпадают, то есть их импедансы одинаковы.

L-C-модель бесконечной линии передачи.

Чтобы понять характеристическое сопротивление, мы должны визуализировать линию передачи бесконечной длины. Как видно на прилагаемой диаграмме, линия передачи может быть смоделирована как состоящая из бесконечного числа емкостей.Это вполне реально, потому что в коаксиальном кабеле два проводника являются пластинами конденсатора, а диэлектрический слой - изолирующим материалом, разделяющим их. Точно так же проводники имеют определенную удельную индуктивность на единицу длины. В этом мысленном эксперименте мы не будем принимать во внимание сопротивление проводов постоянному току, полагая, что они охлаждаются почти до абсолютного нуля и становятся сверхпроводниками.

Когда на входе этой бесконечно длинной линии передачи подается напряжение, конденсаторы заряжаются, и этот процесс идет по линии, близкой к скорости света.Каждый подключенный параллельно конденсатор заряжается, немного снижая подаваемое напряжение в процессе зарядки. В бесконечно длинном кабеле есть бесконечное количество конденсаторов для зарядки линии. Одновременно последовательно соединенные катушки индуктивности, представляющие кабель, уменьшают ток, создавая вокруг себя магнитные поля. Когда каждое магнитное поле становится полностью установленным, индуктивность больше не препятствует прохождению тока, но на бесконечно длинном кабеле всегда имеется больше индукторов ниже по потоку.

Вспомните закон Ома, R = E / I, где R = сопротивление, Ом; E = электродвижущая сила, В; I = ток, A. В этой бесконечно длинной идеализированной линии передачи отношение E к I остается постоянным для любого конкретного однородного кабеля. R также остается постоянным, и это характеристический импеданс.

Новичкам иногда трудно понять, какое отношение эта бесконечная линия передачи имеет к чему-либо в реальном мире. Нам пришлось оговорить, что линия бесконечно длинная, чтобы не было отражений от несуществующего конца.Такие отражения отразятся от источника и изменят импеданс кабеля, так что он не будет однородным. Предположим, что на дальнем конце кабеля имеется нагрузка, полное сопротивление которой соответствует характеристическому сопротивлению линии передачи. Тогда, независимо от длины линии передачи, отражений не будет. Без отражений источник не знает, что линия не бесконечна.

Характеристический импеданс становится важным на высоких частотах. Это необходимо учитывать при проектировании двухточечной проводки, дорожек на печатных платах и ​​даже внутри полупроводниковых устройств, включая микрочипы.

Теперь рассмотрим пробник, подключенный к определенному каналу осциллографа. Зонд представляет собой линию передачи, а входной канал осциллографа - это нагрузка. Вот почему зонд должен быть скомпенсирован по каналу. Несоответствие импеданса проявляется как искажение в очень быстром нарастании и спаде прямоугольной волны даже на умеренных частотах.

Характеристическое сопротивление

»Примечания по электронике

Характеристическое сопротивление любого коаксиального кабеля является ключом к выбору необходимого типа.Часто это первое соображение.


Coax Tutorial:
Coax feeder Обзор спецификаций коаксиального кабеля Коаксиальный импеданс Потери / затухание в коаксиальном кабеле Номинальная мощность коаксиального кабеля Коэффициент скорости коаксиального кабеля Коаксиальный кабель экологический Советы по установке коаксиального кабеля Типы коаксиальных кабелей Советы по выбору правильного коаксиального кабеля Покупка ТВ-коаксиального кабеля: на заметку


Характеристический импеданс длины коаксиального кабеля наиболее важный параметр при выборе любой длины коаксиального кабеля.

Для обеспечения правильной работы системы с использованием источника сигнала, например передатчик, длина фидера и нагрузка, например антенны, импеданс фидера должен соответствовать источнику и нагрузке. Таким образом достигается максимальная передача мощности между источником и фидером, а затем между фидером и нагрузкой.

Коаксиальный импеданс

Все фидеры обладают характеристическим сопротивлением. Для коаксиального кабеля было принято два основных стандарта.Это 75 Ом и 50 Ом

Коаксиальный кабель 50 Ом используется для профессиональных и коммерческих приложений, тогда как коаксиальный кабель 75 Ом используется почти исключительно для домашнего телевидения и приложений VHF FM.

Причина выбора этих двух стандартов импеданса в основном историческая, но проистекает из свойств, обеспечиваемых двумя уровнями импеданса:

  • Коаксиальный кабель 75 Ом дает минимальный вес при заданных потерях
  • Коаксиальный кабель
  • 50 Ом дает минимальные потери для данного веса.

Хотя эти два стандарта используются для подавляющего большинства производимых коаксиальных кабелей, все же возможно получить другие импедансы для специализированных приложений. Для компьютерных инсталляций часто используются более высокие значения, но доступны и другие значения, включая 25, 95 и 125 Ом. Миниатюрный ВЧ-кабель на 25 Ом широко используется в широкополосных трансформаторах с магнитным сердечником. Эти и другие значения доступны у специализированных поставщиков коаксиальных кабелей.

Емкость коаксиального кабеля

Длина коаксиального кабеля показывает емкость между внутренним проводником и внешним экраном.Емкость зависит от расстояния между проводниками, диэлектрической проницаемости и, как следствие, импеданса линии.

Размеры, используемые для расчета емкости, индуктивности и импеданса коаксиального кабеля.

Чем ниже импеданс, тем выше емкость коаксиального кабеля для данной длины, поскольку расстояние между проводниками уменьшается. Емкость коаксиального кабеля также увеличивается с увеличением диэлектрической проницаемости, как и в случае обычного конденсатора.

Где:
C = Емкость в пФ / метр
εr = Относительная проницаемость диэлектрика
D = Внутренний диаметр внешнего проводника
d = Диаметр внутреннего проводника

Индуктивность коаксиального кабеля

Также можно рассчитать индуктивность линии.Опять же, это пропорционально длине линии.

Однако индуктивность не зависит от диэлектрической проницаемости материала между проводниками и пропорциональна логарифму отношения диаметров двух проводников.

Где:
L = Индуктивность в мкГн / метр
D = Внутренний диаметр внешнего проводника
d = Диаметр внутреннего проводника

Расчет импеданса коаксиального кабеля

Импеданс коаксиального ВЧ-кабеля в основном определяется диаметрами внутреннего и внешнего проводников.Вдобавок к этому диэлектрическая проницаемость материала между проводниками коаксиального кабеля RF имеет подшипник. Соотношение, необходимое для расчета импеданса, дается простой формулой:

Где:
Zo = характеристическое сопротивление в Ом
εr = относительная проницаемость диэлектрика
D = внутренний диаметр внешнего проводника
d = диаметр внутреннего проводника

Примечание. Единицы измерения внутреннего и внешнего диаметров могут быть любыми, если они одинаковы, поскольку в уравнении используется соотношение.


Калькулятор импеданса коаксиального кабеля


Важность импеданса коаксиального кабеля

Импеданс коаксиального кабеля - одна из основных характеристик, связанных с любым куском коаксиального кабеля. Поскольку он будет определять согласование в системе и, следовательно, уровень стоячих волн и передачи мощности, это важный элемент. Поэтому необходимо убедиться, что для любой системы выбран правильный импеданс коаксиального кабеля.

Другие темы об антеннах и распространении:
ЭМ-волны Распространение радио Ионосферное распространение Земная волна Рассеивание метеоров Тропосферное распространение Кубический четырехугольник Диполь Дискон Ферритовый стержень Логопериодическая антенна Параболическая рефлекторная антенна Вертикальные антенны Яги Заземление антенны Коаксиальный кабель Волновод КСВ Балуны для антенн MIMO
Вернуться в меню «Антенны и распространение».. .

Импеданс кабеля Как его измерить - JackenHack

Какое сопротивление у этого коаксиального кабеля?

Иногда вы копаетесь в корзине с запчастями, отчаянно ища немного коаксиального кабеля, чтобы сделать новый разъем для вашего фантастического виджета Whizzbang. Если вы найдете кусок кабеля без маркировки, как узнать, имеет ли он сопротивление 75 Ом, 50 Ом или какое-то другое? Что ж, вот два простых способа узнать.

Дважды отмерь, один раз посчитай

Для расчета импеданса кабеля достаточно использовать простую формулу:

Но как определить индуктивность и емкость кабеля? Просто возьмите кусок кабеля (достаточно короткого) и измерьте емкость между центральным проводом жилы и экраном кабеля на одном конце.Вам нужен точный прибор с возможностью четырехпроводного измерения, который в моем случае является отличным и дешевым портативным измерителем LCR DER EE DE-5000.

Теперь подключим кабель к LCR-метру.

Как видите, измеренная емкость кабеля составляет 10 пФ.

Индуктивность кабеля

Далее идет индуктивность. Вы должны удалить часть изоляции с другой стороны кабеля и замкнуть центральный штифт на экран. Затем используйте измеритель LCR и измерьте индуктивность на открытом конце кабеля.

Теперь давайте закоротим другой конец кабеля и произведем измерения.

Здесь индуктивность кабеля 100 нГн.

Теперь у вас должно быть два значения: емкость в пФ и индуктивность в нГн.

Итак, давайте подставим значения в мой надежный калькулятор:

Что? Это не может быть правдой?

Этот результат на какое-то время поставил меня в тупик. Я был уверен, что кабель, который я использовал для иллюстрации, имел сопротивление 75 Ом. Итак, я повторно измерил и пришел к тем же результатам.Быстрый поиск в Google показывает, что кабель Bedea RG-62 на самом деле имеет сопротивление 93 Ом. Так близко. Как видите, результаты достаточно близки, чтобы различить 50 Ом, 75 Ом, 100 Ом или любой другой тип коаксиального кабеля. Итак, теперь у вас есть быстрый способ проверить сопротивление кабелей, купленных в Ham-Fest, или просто случайного кабеля, спрятанного в кабельном ящике.

Другой способ измерения импеданса кабеля

Я написал статью об измерении коэффициента скорости кабеля. Вы можете использовать ту же технику, чтобы послать короткий импульс по проводу и проверить отражение.Добавив потенциометр на один конец кабеля и посылая через него короткий импульс, вы можете регулировать потенциометр, пока отраженный сигнал не достигнет минимального значения. Измеряя значение Ω потенциометра, когда вы получаете обратно на осциллограф сигнал с наименьшим отражением, вы затем узнаете полное сопротивление кабеля.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *