射頻行業(yè)里，經(jīng)常會(huì)聽(tīng)到一些說(shuō)法，這根電纜的特性阻抗是50歐姆，這條微帶線(xiàn)的特性阻抗是50歐姆等等。此時(shí)很多初學(xué)者或者行業(yè)外的人就范嘀咕了：

“什么？？導(dǎo)線(xiàn)的“阻抗”有50歐姆？那這根導(dǎo)線(xiàn)的質(zhì)量也太差了吧！”

“什么？？一米長(zhǎng)“阻抗”為50歐姆的微波電纜要500rmb？？你在逗我嗎？”

……

沒(méi)錯(cuò)，射頻單盤(pán)中的信號(hào)走線(xiàn)大多是“特性阻抗”為50歐姆的微帶線(xiàn)；一根一米長(zhǎng)，可以傳輸最高頻率為20GHZ信號(hào)的50歐姆同軸電纜要500rmb。

造成這些誤解的原因，我們要區(qū)分兩個(gè)物理量：一個(gè)是“阻抗”；一個(gè)是“特性阻抗”。后者相對(duì)前者多了“特性”二字。

“阻抗”表示導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的大小。導(dǎo)體的電阻越大，表示導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用越大。電阻的單位是歐姆。

“特性阻抗”，是射頻傳輸線(xiàn)影響高頻電波電壓、電流的幅值和相位變化的固有特性，等于各處的電壓與電流的比值，特性阻抗的單位也是歐姆。

要理解“特性阻抗”的概念，我們先要弄清楚什么是傳輸線(xiàn)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，傳輸線(xiàn)就是能夠傳輸信號(hào)的連接線(xiàn)。電源線(xiàn)，視頻線(xiàn)，USB連接線(xiàn)，PCB板上的走線(xiàn)，都可以稱(chēng)為傳輸線(xiàn)。如果傳輸線(xiàn)上傳輸?shù)男盘?hào)是低頻信號(hào)，假設(shè)是1KHz，那么信號(hào)的波長(zhǎng)就是300公里(假設(shè)信號(hào)速度為光速)，即使傳輸線(xiàn)的長(zhǎng)度有1米長(zhǎng)，相對(duì)于信號(hào)來(lái)說(shuō)還是很短的，傳輸線(xiàn)對(duì)信號(hào)的幅度和相位影響是很小的。但是對(duì)于高速信號(hào)來(lái)說(shuō)，假設(shè)信號(hào)頻率提高到300MHz，信號(hào)波長(zhǎng)就減小到1米，這時(shí)候1米的傳輸線(xiàn)和信號(hào)的波長(zhǎng)已經(jīng)完全可以比較，在傳輸線(xiàn)上就會(huì)存在波動(dòng)效應(yīng)，在傳輸線(xiàn)上的不同點(diǎn)上的電壓電流就會(huì)不同。在這種情下，我們就不能忽略傳輸線(xiàn)對(duì)信號(hào)造成的影響。傳輸線(xiàn)相對(duì)信號(hào)來(lái)說(shuō)就是一段線(xiàn)，我們要用長(zhǎng)線(xiàn)傳輸里的理論來(lái)解決問(wèn)題。

在傳輸線(xiàn)是長(zhǎng)線(xiàn)的前提下，傳輸線(xiàn)的模型不再是一根阻抗很低的導(dǎo)線(xiàn)模型，而是分布參數(shù)網(wǎng)絡(luò)。如圖1所示，傳輸線(xiàn)經(jīng)常用雙線(xiàn)來(lái)示意，圖1中無(wú)窮小長(zhǎng)度△z的一段線(xiàn)可以模擬為圖2中的一個(gè)集總元件電路，其中R，L，G，C為單位長(zhǎng)度的量，定義如下：

R表示單位長(zhǎng)度的串聯(lián)電阻，單位為Ω/M
L表示單位長(zhǎng)度的串聯(lián)電感，單位為H/M
G表示單位長(zhǎng)度的并聯(lián)電導(dǎo)，單位為S/M
C表示單位長(zhǎng)度的并聯(lián)電容，單位為F/M

?

?

?

信號(hào)在傳輸線(xiàn)中傳輸?shù)倪^(guò)程中，在信號(hào)到達(dá)的一個(gè)點(diǎn)，傳輸線(xiàn)和參考平面之間會(huì)形成電場(chǎng)，會(huì)產(chǎn)生電流和電壓，電壓和電流的比值就是這根導(dǎo)線(xiàn)的特性阻抗Z。

R和G 代表?yè)p耗，L和C都是存儲(chǔ)器件，我們一般研究的傳輸線(xiàn)模型都是低損或者無(wú)損傳輸線(xiàn)，傳輸線(xiàn)的特性阻抗可以寫(xiě)成

所以特性阻抗反映的是傳輸線(xiàn)的分布參數(shù)L和C對(duì)高頻信號(hào)幅度和相位的影響。

射頻系統(tǒng)中的特性阻抗選擇為什么都是50歐姆？而不是10歐姆，100歐姆呢？實(shí)際上在射頻系統(tǒng)中存在兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)是75歐姆系統(tǒng)，另一個(gè)是50歐姆系統(tǒng)。廣電系統(tǒng)是75歐姆的系統(tǒng)，其對(duì)應(yīng)的傳輸線(xiàn)都是75歐姆的傳輸線(xiàn)；在其他的無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)基本上都是50歐姆的系統(tǒng)，其對(duì)應(yīng)的傳輸線(xiàn)是50歐姆的傳輸線(xiàn)。傳輸線(xiàn)的特性決定了這兩個(gè)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)阻抗。

研究表明同軸電纜的每單位長(zhǎng)度的損耗和能傳輸?shù)墓β逝c電纜阻抗特性有關(guān)。由圖3和圖4可知，同軸電纜特性組阻抗在77歐姆時(shí)其傳輸損耗是最低的；同軸電纜特性組阻抗在30歐姆時(shí)其承載功率最大。早期的廣電系統(tǒng)是單向傳輸網(wǎng)，選擇損耗較小的特性阻抗75歐姆。其他無(wú)線(xiàn)電通信系統(tǒng)多是雙向網(wǎng)絡(luò)，既要考慮損耗小，還要兼顧發(fā)射時(shí)可承受功率大，綜合選擇50歐姆就是最佳方案了！

圖3、同軸電纜損耗和特性阻抗關(guān)系

?

圖4、同軸電纜承載功率和特性阻抗關(guān)系