Jak je definován xΩ impedanční kabel?

Vidím, že máte nějaké přibývající, ale pravděpodobně těžko srozumitelné odpovědi. Pokusím se vám dát lepší intuitivní pocit.

Zvažte, co se stane, když na konec dlouhého kabelu poprvé připojíte napětí. Kabel má určitou kapacitu, takže bude čerpat nějaký proud. Pokud to bylo vše, co k tomu bylo, získáte velký proudový špičku, pak nic.

Má však také nějakou sériovou indukčnost. Můžete ji aproximovat malou sériovou indukčností, po které následuje malá kapacita uzemnění, následuje další sériová indukčnost atd. Každý z těchto induktorů a kondenzátorů modeluje malou délku kabelu. Pokud tuto délku zmenšíte, indukčnost a kapacita klesnou a je jich více ve stejné délce. Poměr indukčnosti k kapacitě však zůstává stejný.

Nyní si představte, jak se vaše počáteční aplikované napětí šíří po kabelu. V každém kroku se nabíjí trochu kapacity. Ale toto nabíjení nahoru je zpomalen indukčnostmi. Čistým výsledkem je, že napětí, které jste přivedli na konec th Kabel se šíří pomaleji než rychlost světla a nabíjí kapacitu po celé délce kabelu tak, aby vyžadoval konstantní proud. Pokud byste použili dvojnásobné napětí, kondenzátory by se nabily na dvojnásobek tohoto napětí, a proto by vyžadovaly dvojnásobný náboj, což by vyžadovalo dvojnásobný proud k napájení. Máte proud, který kabel odebírá, úměrný napětí, které jste použili. Páni, to je to, co dělá odpor.

Proto, zatímco se signál šíří po kabelu, vypadá kabel odporně ke zdroji. Tento odpor je pouze funkcí paralelní kapacity a sériové indukčnosti kabel a nemá nic společného s tím, co připojil k druhému konci. Toto je charakteristická impedance kabelu.

Pokud máte na lavici cívku kabelu to je dost krátké na to, abyste mohli ignorovat stejnosměrný odpor vodičů, pak to vše funguje podle popisu, dokud se signál nerozšíří na konec kabelu a zpět. Do té doby to vypadá jako nekonečný kabel k čemukoli, co jej pohání. Ve skutečnosti to vypadá jako rezistor s charakteristickou impedancí. Pokud je kabel dostatečně krátký a například zkrátíte konec, pak nakonec váš zdroj signálu uvidí zkrat. Ale alespoň po dobu, po kterou bude signál trvat šířit na konec kabelu a zpět, bude to vypadat jako charakteristická impedance.

Nyní si představte že na druhý konec kabelu vložím rezistor charakteristické impedance. Nyní bude vstupní konec kabelu navždy vypadat jako odpor. Tomu se říká zakončení kabelu a má pěknou vlastnost, díky níž je impedance časově konzistentní a brání odrazu signálu, když se dostane na konec kabelu. Koneckonců, na konci kabelu by další délka kabelu vypadala stejně jako odpor při charakteristické impedanci.

Komentáře

• Toto je poprvé mi někdo ‚ úspěšně vysvětlil impedanci kabelu, díky

Když mluvíme o 50-ohmovém kabelu, mluvíme o charakteristické impedanci , která není úplně stejná jako koncentrovaná impedance.

Když existuje signál šířící se v kabelu, bude s tímto signálem spojen průběh napětí a průběh proudu. Kvůli rovnováze mezi kapacitními a indukčními charakteristikami kabelu bude poměr těchto křivek pevný.

Pokud má kabel charakteristickou impedanci 50 Ohm, znamená to, že pokud se síla šíří pouze jedním směrem pak v kterémkoli bodě podél čáry je poměr křivky napětí a křivky proudu 50 ohmů. Tento poměr je charakteristický geometrií kabelu a není ničím, co by se zvětšovalo nebo zmenšovalo, pokud by se délka kabelu změnila.

Pokud se pokusíme použít signál, kde napětí a proud nejsou v příslušném poměru pro daný kabel, pak nutně způsobíme šíření signálů v obou směrech. To je v podstatě to, co se stane, když se zakončení zátěž neodpovídá charakteristické impedanci kabelu. Zátěž nemůže „podporovat stejný poměr napětí k proudu bez vytváření zpětného šíření signálu, aby se věci sčítaly, a vy máte odraz.

Komentáře

• Proč ‚ nemůžeme říci, že kabel je jako předchozí zátěž s impedancí Z, která se rovná kabelu ‚ charakteristická impedance?
• @Felipe_Ribas, pokud se díváte na jeden konec kabelu, a pokud je druhý konec zakončen odpovídající zátěží, pak by kabel chovat se (pokud to poznáte ze vstupního konce) jako pevná zátěž s impedancí Z. To vám ale ‚ neřekne, co se stane s jinými zakončeními, a nedělá to id = „f810131976“>

Teoreticky, pokud je kabel ve vašem příkladu nekonečně dlouhý, změříte mezi oběma vodiči impedanci 50 Ω.

Pokud je váš kabel kratší než nekonečný, ale delší než přibližně 10% vlnové délky signálu ^* \ $ \ lambda = \ dfrac {c} {f} \ $ (kde \ $ c \ přibližně 3 \ cdot 10 ^ 8 \ text {[m / s]} \ $), pak zadáte oblast přenosových linek . Takže pro frekvenci 1MHz bude vlnová délka přibližně 300m a jedna desetina bude 30m. Takže pokud pracujete s 1MHz a kabelem kratším než 30m, nemusíte se příliš starat o jeho impedanci.

^*) _{Ve skutečnosti je vlnová délka v kabelu kratší než ve vakuu. Pro jistotu například vynásobte vlnovou délku 2/3. V praxi by tedy váš prahová hodnota kabelové starosti s 1MHz měla být 30m * 2/3 = 20m.}

Další odpovědi napsaly teoretičtější text, „Pokusím se poskytnout několik praktických informací na vysoké úrovni.

V praxi to znamená, že chcete ukončit kabel na obou koncích odporem, který se rovná charakteristické impedanci, můžete vyslat přiměřeně čistý signál . Pokud kabel správně neukončíte, získáte odrazy.

^{simulovat tento okruh – Schéma vytvořené pomocí CircuitLab}

Odrazy mohou narušit (nebo zeslabit) váš signál na konci přijímače.

Jak název napovídá, odraz se také pohybuje zpět ze vzdáleného konce kabelu k vysílači. Často RF vysílače nedokáže zvládnout velké odrazné signály a můžete vyhodit do povětří výkonový stupeň. To je důvod, proč je často se nedoporučuje napájet vysílač, pokud není připojena anténa.

Charakteristická impedance kabelu není nic co do činění s jeho fyzickou délkou. Je to docela složité vizualizovat, ale pokud vezmete v úvahu dlouhou délku kabelu se zátěží 100 ohmů na jednom konci a 10 voltovou baterií na druhém konci a zeptáte se sami sebe, kolik proudu protéká kabelem, když je 10 voltová baterie připojeno.

Nakonec bude proudit 100 mA, ale za ten krátký čas, kdy proud teče dolů kabelem a ještě nedosáhl zátěže, o kolik se sníží proud z 10voltové baterie? Pokud je charakteristická impedance kabelu 50 ohmů, pak bude proudit 200 mA, což představuje výkon 2 W (10 V x 200 mA). Tuto energii však nemůže 100% odpor „spotřebovat“, protože chce 100 mA při 10 V. Přebytečný výkon se odráží zpět od zátěže a zálohuje kabel. Nakonec se věci uklidní, ale v krátkém čase po použití baterie je to jiný příběh.

Charakteristická impedance kabelu je definována velikostí a tvarem kabelu.Výsledkem jsou čtyři parametry, které definují charakteristickou impedanci Z \ $ _ 0 \ $: –

\ $ Z_0 = \ sqrt {\ dfrac {R + j \ omega L} {G + j \ omega C}} \ $

Kde

• R je sériový odpor na metr (nebo na jednotku délky)
• L je sériová indukčnost na metr (nebo na jednotku délky)
• G je paralelní vodivost na metr (nebo na jednotku délky) a
• C je paralelní kapacita na metr (nebo na jednotku délky)

V oblastech audio / telefonie se charakteristická impedance kabelu obvykle přibližuje: –

\ $ Z_0 = \ sqrt {\ dfrac {R} {j \ omega C}} \ $

To je rozumné až do přibližně 100 kHz, protože řada R je obvykle mnohem větší než \ $ j \ omega L \ $ a G je obvykle zanedbatelná.

U RF, obvykle 1 MHz a vyšší, je kabel považován za kabel s charakteristickou impedancí: –

\ $ Z_0 = \ sqrt {\ dfrac {L} {C}} \ $

Protože \ $ j \ omega L \ $ dominuje R a jak již bylo zmíněno dříve, G je považováno za zanedbatelné, avšak dielektrické ztráty při freque Počet nad 100 MHz se začíná zvyšovat a ve vzorci se někdy používá G.

Komentáře

• I ‚ nejsem si jistý svým posledním odstavcem. Může se to vztahovat na vysoce přesnou práci v rozsahu 100–1000 MHz (ne moje pole). Ve světě s frekvencí 1 GHz a více však ztráty R mají tendenci dominovat spíše než ztráty G. To způsobí “ druhou odmocninu z “ ztrátové charakteristiky, která je v práci s gigabitovou komunikací velmi velkým problémem.
• @ThePhoton jste mě ‚ dostali tam – nad 1 GHz určitě moje pole není ‚ t, ale musel jsem se potýkat s Ztráty G v oblasti 100 MHz. Pokud jde o ztráty kůže (myslím, že na ně můžete odkazovat kvůli druhé odmocnině ztráty F, kterou jste zmínili), Won ‚ t jwL vždy roste mnohem rychleji než sqrt (F). Možná je to ‚ něco jiného?
• Trochu prohledali a našli toto: sigcon.com/Pubs /edn/LossyLine.htm . U daného dielektrika mají ztráty G tendenci dominovat na vyšších frekvencích. Ale co článek ‚ neříká, je, že obvykle můžeme utratit více peněz, abychom získali lepší dielektrikum, ale ‚ jsme do značné míry zaseknutý efektem mědi a kůže bez ohledu na to, co utratíme (kromě možnosti použít pro některé aplikace drát Litz)