Dette er sandsynligvis et meget simpelt spørgsmål, men jeg kan ikke synes at finde et bestemt svar overalt. Jeg gætter på 50Ω kabel betyder 50Ω pr. længdenhed .
Hvilken enhedslængde er dette? Hvis dette ikke er, hvordan det er defineret, hvordan er det?
Kommentarer
- Hvis jeg husker det korrekt fra mine mikrobølgeforelæsninger, var det impedansen af det uendelige længde kabel forudsat at dets kerneladebærer er en perfekt leder. Impedansens værdi kommer fra kapacitansen mellem to ledere (kerne og skærm) og induktansen pr. Længdeenhed. Kablet er ikke et klumpet materiale, så denne impedansværdi beregnes ved at løse en meget kompleks flerdimensionel bølgeligning.
Svar
Jeg ser, at du har nogle præcise, men sandsynligvis vanskelige at forstå svar. Jeg vil prøve at give dig en bedre intuitiv fornemmelse.
Overvej hvad der sker, når du først tilslutter en spænding til enden af et langt kabel. Kablet har en vis kapacitans, så det vil trække noget strøm. Hvis der var alt, hvad der var til det, du får en stor strømspids, så intet.
Det har dog også en række serieinduktans. Du kan tilnærme det med en lille serieinduktans efterfulgt af lidt kapacitans til jord, efterfulgt af en anden serieinduktans osv. Hver af disse induktorer og kondensatorer modellerer en lille længde på kablet. Hvis du gør denne længde mindre, falder induktansen og kapacitansen ned, og der er flere af dem i samme længde. Forholdet mellem induktansen og kapacitansen forbliver det samme.
Forestil dig nu din oprindelige anvendte spænding, der spredes ned ad kablet. Hvert trin på vejen oplader den lidt kapacitans. Men denne opladning sænkes af induktanserne. Nettoresultatet er, at den spænding, du tilførte til slutningen af th kablet formerer sig langsommere end lysets hastighed, og det oplader kapacitansen langs længden af kablet på en måde, der kræver en konstant strøm. Hvis du havde anvendt to gange spændingen, ville kondensatorerne blive opladet til den dobbelte af spændingen, og det ville derfor kræve dobbelt opladning, hvilket ville tage dobbelt så meget strøm at levere. Hvad du har er den strøm, kablet trækker, er proportional med den spænding, du anvendte. Gee, det er, hvad en modstand gør.
Derfor, mens signalet spredes ned ad kablet, ser kablet modstandsdygtigt ud over kilden. Denne modstand er kun en funktion af den parallelle kapacitans og serieinduktansen af kablet og har intet at gøre med, hvad det sluttede til den anden ende. Dette er den karakteristiske impedans af kablet.
Hvis du har en kabelrulle på din bænk det er kort nok til at du kan ignorere ledernes DC-modstand, så fungerer alt dette som beskrevet, indtil signalet spredes til enden af kablet og tilbage. Indtil da ser det ud som et uendeligt kabel til det, der kører det. Faktisk ligner det en modstand ved den karakteristiske impedans. Hvis kablet er kort nok, og du f.eks. Kortere enden, så vil din signalkilde til sidst se det korte. Men i det mindste i den tid det tager signalet at forplantes til enden af kablet og tilbage, det vil se ud som den karakteristiske impedans.
Nu forestil dig det vil sige, at jeg placerer en modstand af den karakteristiske impedans over den anden ende af kablet. Nu vil kabelens indgangsside for evigt se ud som en modstand. Dette kaldes terminering af kablet og har den gode egenskab at gøre impedansen konstant over tid og forhindre signalet i at reflektere, når det kommer til enden af kablet. Når alt kommer til alt, til enden af kablet vil en anden kabellængde se ud som en modstand ved den karakteristiske impedans.
Kommentarer
- Dette er første gang nogen ‘ med succes forklarede kabelimpedans til mig, tak
Svar
Når vi taler om et 50-Ohm kabel, taler vi om karakteristisk impedans som ikke er helt det samme som en klumpet impedans.
Når der er et signal, der udbredes i kablet, vil der være en spændingsbølgeform og en aktuel bølgeform forbundet med dette signal. På grund af balancen mellem kapacitive og induktive egenskaber ved kablet, vil forholdet mellem disse bølgeformer blive fast.
Når et kabel har en karakteristisk impedans på 50 ohm, betyder det, at hvis strømmen kun spredes i en retning så på et hvilket som helst punkt langs linjen er forholdet mellem spændingsbølgeform og strømbølgeform 50 ohm. Dette forhold er karakteristisk for kabelgeometrien og er ikke noget, der øges eller falder, hvis længden af kablet ændres.
Hvis vi forsøger at anvende et signal, hvor spændingen og strømmen ikke er i det passende forhold for det kabel, så vil vi nødvendigvis få signaler til at sprede sig i begge retninger. Dette er i det væsentlige hvad der sker, når den afsluttende belastning svarer ikke til kabelkarakteristikimpedansen. Belastningen kan ikke understøtte det samme forhold mellem spænding og strøm uden at skabe et omvendt formeringssignal for at få tingene til at tilføje sig, og du har en refleksion.
Kommentarer
- Hvorfor kan vi ‘ t sige, at kablet er som en tidligere belastning med og impedans Z, der er lig med kablet ‘ s karakteristiske impedans?
- @ Felipe_Ribas, Hvis du kigger ind i den ene ende af kablet, og hvis den anden ende afsluttes med en matchende belastning, ville kablet opføre sig (så vidt du kan se fra input-enden) som en fast belastning med impedans Z. Men det fortæller dig ikke ‘ hvad der sker med andre opsigelser, og det ‘ t forklare, hvorfor det opfører sig sådan.
- Er signalets frekvens også en parameter, eller er den karakteristiske impedans god for enhver frekvenssingal?
- @cagrigurleyuk Et veldesignet kabel vil være meget tæt på samen Den karakteristiske impedans over et bredt frekvensområde. Typisk hvis frekvensen bliver for høj, stiger enten kabeltabet uacceptabelt (se hudeffekt ), eller kablet bliver en multimode transmissionslinje og kan ikke længere beskrives med en enkelt \ $ Z_0 \ $ parameter.
- @ Felipe_Ribas, nej, det kan du ikke. For det første, hvis belastningen ikke matches, vil den samlede refleksion ikke kun afhænge af kabelens Z0, men også længden.
Svar
I teorien, hvis kablet i dit eksempel er uendeligt langt, så måler du en 50Ω impedans mellem de to ledninger.
Hvis dit kabel er kortere end uendeligt, men længere end ca. 10% af signalets bølgelængde * \ $ \ lambda = \ dfrac {c} {f} \ $ (hvor \ $ c \ ca. 3 \ cdot 10 ^ 8 \ tekst {[m / s]} \ $), så indtaster du området med transmissionslinjer Så for en frekvens på 1MHz vil bølgelængden være cirka 300m og en tiendedel vil være 30m. Så hvis du arbejder med 1MHz og et kabel kortere end 30m, behøver du ikke bekymre dig om impedansen for meget.
*) Faktisk er bølgelængden i et kabel kortere end i vakuum. For at være på den sikre side skal du for eksempel praktisk gange multiplicere bølgelængden med 2/3. Så i praksis skal din kabels bekymringstærskel med 1MHz være 30m * 2/3 = 20m.
Andre svar har skrevet en mere teoretisk tekst, vil jeg prøve at give nogle praktiske oplysninger på højt niveau.
I praksis betyder det, at du vil afslutte dit kabel i begge ender med en modstand, der svarer til den karakteristiske impedans, du kan sende et rimeligt rent signal Hvis du ikke afslutter dit kabel ordentligt, får du refleksioner.
simuler dette kredsløb – Skematisk oprettet ved hjælp af CircuitLab
Refleksioner kan forvride (eller dæmpe) dit signal i modtagerenden.
Som navnet antyder, bevæger refleksionen sig også tilbage fra den fjerne ende af kablet til senderen. Ofte RF-sendere kan ikke klare store reflekterende signaler, og du kan sprænge strømforsyningen. Dette er grunden til, at det er anbefales ofte ikke at tænde for en sender, hvis antennen ikke er tilsluttet.
Svar
Et kabels karakteristiske impedans er intet at gøre med dens fysiske længde. Det er ret komplekst at visualisere, men hvis du overvejer en lang kabellængde med en belastning på 100 ohm i den ene ende og et 10 volt batteri i den anden ende og spørger dig selv, hvor meget strøm der strømmer ned gennem kablet, når 10 volt batteriet er tilsluttet.
Til sidst flyder 100 mA, men i løbet af det korte tidsrum, hvor strømmen strømmer ned gennem kablet og endnu ikke har nået belastningen, hvor meget strøm vil der være ved at falde fra 10 volt batteriet? Hvis kabelens karakteristiske impedans er 50 ohm, strømmer 200 mA og dette repræsenterer en effekt på 2 watt (10 V x 200 mA). Men denne effekt kan ikke alle “forbruges” af 100 ohm modstanden, fordi den vil have 100 mA ved 10V. Den overskydende effekt reflekteres tilbage fra belastningen og sikkerhedskopieres igen. Til sidst lægger ting sig, men på kort tid efter at batteriet er brugt, er det en anden historie.
Kabletes karakteristiske impedans defineres af kabelens størrelse og form.Dette resulterer i fire parametre, der definerer den karakteristiske impedans Z \ $ _ 0 \ $: –
\ $ Z_0 = \ sqrt {\ dfrac {R + j \ omega L} {G + j \ omega C}} \ $
Hvor
- R er seriemodstanden pr. Meter (eller pr. Længde)
- L er serieinduktansen pr. Meter (eller pr. længdeenhed)
- G er den parallelle ledningsevne pr. meter (eller pr. længdenhed) og
- C er den parallelle kapacitans pr. meter (eller pr. længdenhed)
I lyd- / telefonisfærer tilnærmes kabelkarakteristikimpedansen normalt til: –
\ $ Z_0 = \ sqrt {\ dfrac {R} {j \ omega C}} \ $
Dette er rimeligt op til ca. 100 kHz, fordi serie R normalt er meget større end \ $ j \ omega L \ $ og G normalt er ubetydelig.
Ved RF, normalt 1MHz og højere betragtes kablet som en karakteristisk impedans på: –
\ $ Z_0 = \ sqrt {\ dfrac {L} {C}} \ $
Fordi \ $ j \ omega L \ $ dominerer R og som tidligere nævnt betragtes G som ubetydelig, dog dielektriske tab ved freque ncies over 100 MHz begynder at stige, og G bruges undertiden i formlen.
Kommentarer
- I ‘ Jeg er ikke sikker på dit sidste afsnit. Det gælder muligvis arbejde med høj præcision i 100-1000 MHz-området (ikke mit felt). Men i 1 GHz og op-verdenen har R-tab tendens til at dominere snarere end G-tab. Dette medfører en ” kvadrat-rod-af-f ” tabskarakteristik, der er en meget stor ting i gigabit-kommunikationsarbejde.
- @ThePhoton du ‘ har fået mig der – over 1 GHz er bestemt ikke ‘ t mit felt, men jeg har måttet kæmpe med G-tab i 100MHz-området. Med hensyn til hudtab (jeg tror, du måske henviser til dem på grund af kvadratroden af F-tab, du nævnte), vandt ‘ t jwL stiger altid meget hurtigere, at sqrt (F). Måske er det ‘ noget andet?
- Søgte lidt og fandt dette: sigcon.com/Pubs /edn/LossyLine.htm . For et givet dielektrikum har G-tab tendens til at dominere ved højere frekvenser. Men hvad artiklen ikke ‘ siger, er, at vi normalt kan bruge flere penge på at få en bedre dielektrikum, men vi ‘ er stort set sidder fast med kobber og hudeffekt uanset hvad vi bruger (bortset fra muligheden for at bruge Litz-ledning til nogle applikationer)