為何50Ω占多數(shù)？同軸特性阻抗詳解

在選擇同軸線纜或組件時(shí)，一般我們都會(huì)看到或者要求傳輸線阻抗需要保持在50歐姆，有時(shí)這也會(huì)成為傳輸線的特性阻抗，當(dāng)然75歐姆偶爾也會(huì)被用到，為何這兩者會(huì)如此固定?本期我們將從這個(gè)角度出發(fā)，探討同軸中的另一個(gè)重要參數(shù)，特性阻抗。

為何特性阻抗選擇50Ω?

其實(shí)這個(gè)問題也很簡單，我們快速做一個(gè)總結(jié)，可以直接看下圖。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)證明，插入損耗最小，約為77歐姆。另一方面，如果繪制最大功率傳輸與特性阻抗的關(guān)系曲線，則最大功率約為30歐姆。當(dāng)下降到最大功率傳輸時(shí)，特性阻抗值為30歐姆，而理論上最小衰減(損耗)的特性阻抗為77.5歐姆。在這兩個(gè)值之間，中間或多或少為50歐姆，因此將50歐姆確定為標(biāo)準(zhǔn)特性阻抗。因此，在損耗和功率之間需要權(quán)衡的RF和微波，選擇傳輸線的阻抗值為50歐姆。另一方面，當(dāng)在較長的同軸線纜(如電纜或衛(wèi)星電視)中要求最小的損耗時(shí)，對(duì)功率傳輸?shù)膬?yōu)化就不再那么擔(dān)心了，因此在這些系統(tǒng)中使用阻抗更高的75歐姆線纜和連接器。

50Ω和75Ω同軸的應(yīng)用

不同的阻抗也會(huì)有不同的應(yīng)用領(lǐng)域，一般我們會(huì)做到如下的區(qū)分，當(dāng)然這也不一定是最準(zhǔn)確的，仍然需要參考實(shí)際需求。

50Ω阻抗

50Ω阻抗連接器和線纜主要用于在雙向通信系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)，其應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，包括信號(hào)測試、計(jì)算機(jī)以太網(wǎng)主干網(wǎng)、無線天線饋電線纜、GPS全球定位衛(wèi)星天線饋送線纜和手機(jī)系統(tǒng)等

75Ω阻抗

75Ω阻抗連接器和線纜主要用于傳輸視頻信號(hào)。其中通過線纜傳輸電視信號(hào)是一種典型應(yīng)用，此時(shí)常用F型連接器，例如家庭有線電視天線連接。另一種應(yīng)用是在DVD機(jī)、VCR、安防監(jiān)控等系統(tǒng)和設(shè)備間傳輸視頻信號(hào)，此時(shí)通常也稱為音頻/視頻(A/V)線纜和連接器，此時(shí)常用BNC和RCA連接器。75Ω線纜常用為實(shí)心中心導(dǎo)體線纜RG59B/U和絞合中心導(dǎo)體線纜RG59A/U。

兩者區(qū)別

我們以BNC連接器作為例子，辨別這兩種規(guī)格的方式非常簡單，如圖所示：50歐姆BNC連接器的接口處帶絕緣體，而75歐姆則無絕緣體。

特性阻抗的一般公式

聊過了標(biāo)題提出的問題后，我們回轉(zhuǎn)過來，來看看特性阻抗這個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。特性阻抗是射頻傳輸線影響無線電波電壓、電流的幅值和相位變化的固有特性，等于各處的電壓與電流的比值，用V/I表示。

如果按照分布參數(shù)的理論去表示，傳輸線的特性阻抗可以表示為：

從上式可以看出，對(duì)于一個(gè)有耗傳輸線來說，特性阻抗是一個(gè)復(fù)數(shù)，有耗傳輸線的損耗就來自于這個(gè)傳輸線的電阻。而對(duì)于理想的無耗傳輸線來說，特性阻抗就是一個(gè)實(shí)數(shù)。注意點(diǎn)：同軸電纜的特性阻抗和導(dǎo)體內(nèi)、外直徑大小及導(dǎo)體間介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)，而與工作頻率傳輸線所接的射頻器件以及傳輸線長短無關(guān)。對(duì)于一個(gè)已知特性阻抗的傳輸線來說，它與頻率無關(guān)。

這兩類同軸線纜和組件介紹上面我們列出了阻抗50Ω和75Ω的同軸線纜的不同應(yīng)用，接下來我們通過產(chǎn)品的形式看看它們各自應(yīng)用環(huán)境下，在產(chǎn)品上會(huì)有什么區(qū)別。

審核編輯：湯梓紅