Tämä on luultavasti todella yksinkertainen kysymys, mutta en näytä löytävän tarkkaa vastausta mistä tahansa. Oletan, että 50Ω: n kaapeli tarkoittaa 50Ω: n pituutta yksikköä kohti .
Mikä yksikön pituus tämä on? Jos näin ei määritellä, miten se on?
Kommentit
- Jos muistan sen oikein mikroaaltokurssiltani, se oli impedanssi äärettömän pituisen kaapelin; olettaen, että sen ydinvaraaja on täydellinen johdin. Impedanssin arvo tulee kahden johtimen (ytimen ja suojan) välisestä kapasitanssista ja induktanssista pituuden yksikköä kohti. Kaapeli ei ole kertamateriaalia, joten tämä impedanssiarvo lasketaan ratkaisemalla hyvin monimutkainen moniulotteinen aaltoyhtälö.
Vastaus
Katson, että sinulla on joitain täsmällisiä, mutta todennäköisesti vaikeasti ymmärrettäviä vastauksia. Yritän antaa sinulle paremman intuitiivisen tunnelman.
Mieti, mitä tapahtuu, kun ensimmäisen kerran syötät jännitteen pitkän kaapelin päähän. Kaapelilla on jonkin verran kapasitanssia, joten se vetää virtaa. Jos siinä kaikki siinä oli, saat suuren virtapiikin, sitten mitään.
Siinä on kuitenkin myös sarjainduktanssia. Voit arvioida sen pienellä sarjainduktanssilla, jota seuraa pieni kapasitanssi maa, jota seuraa toinen sarja induktanssi jne. Jokainen näistä induktoreista ja kondensaattoreista mallintaa pienen kaapelin pituuden.Jos teet sen pituuden pienemmäksi, induktanssi ja kapasitanssi laskevat ja niitä on enemmän samalla pituudella. Induktanssin ja kapasitanssin suhde pysyy kuitenkin samana.
Kuvittele nyt, kuinka alun perin käyttämäsi jännite etenee kaapelia pitkin. Se lataa jokaisessa vaiheessa vähän kapasitanssia. Mutta tämä lataus ylös induktanssit hidastavat. Nettotulos on, että jännite, jonka käytit th: n loppuun Kaapeli etenee hitaammin kuin valon nopeus, ja se lataa kapasitanssin kaapelin pituudelta tavalla, joka vaatii jatkuvaa virtaa. Jos olisit käyttänyt kaksinkertaista jännitettä, kondensaattorit latautuisivat kaksinkertaiseen jännitteeseen, joten vaativat kaksinkertaisen latauksen, joka vie kaksinkertaisen virran. Mitä sinulla on, kaapelin vetämä virta on verrannollinen käyttämääsi jännitteeseen. Gee, sitä vastus tekee.
Siksi, kun signaali etenee kaapelia pitkin, kaapeli näyttää vastustuskykyiseltä lähteelle. Tämä vastus on vain rinnakkaisen kapasitanssin ja sarjainduktanssin funktio. kaapelilla, eikä sillä ole mitään tekemistä sen kanssa, mitä se on liittänyt toiseen päähän. Tämä on kaapelin ominaisimpedanssi .
Jos penkilläsi on kaapelikäämi se on tarpeeksi lyhyt, jotta voit jättää huomiotta johtimien tasavirtavastuksen, tämä kaikki toimii kuvatulla tavalla, kunnes signaali etenee kaapelin päähän ja takaisin. Siihen asti näyttää siltä kuin ääretön kaapeli mihin tahansa sitä ajaa. Itse asiassa se näyttää vastukselta ominaisella impedanssilla. Jos kaapeli on tarpeeksi lyhyt ja esimerkiksi lyhyt pää, niin signaalilähteesi näkee lopulta lyhyen. Mutta ainakin siihen aikaan, kun signaali kestää etenee kaapelin päähän ja takaisin, se näyttää tyypilliseltä impedanssilta.
Nyt kuv koska laitoin tyypillisen impedanssin vastuksen kaapelin toiseen päähän. Nyt kaapelin tulopää näyttää ikuisesti vastukselta. Tätä kutsutaan kaapelin päättämiseksi , ja sillä on mukava ominaisuus tehdä impedanssista johdonmukainen ajan myötä ja estää signaalia heijastumasta, kun se pääsee kaapelin päähän. Loppujen lopuksi kaapelin päähän toinen kaapelin pituus näyttää samalta kuin vastus ominaisimpedanssilla.
Kommentit
- Tämä on ensimmäistä kertaa kuka tahansa ’ selitti kaapelin impedanssin onnistuneesti minulle, kiitos
Vastaa
Kun puhumme 50 ohmin kaapelista, puhumme ominaisimpedanssista , joka ei ole aivan sama kuin kiinteä impedanssi.
Kun on signaalissa, joka etenee kaapelissa, siihen liittyy jännitteen aaltomuoto ja virta-aaltomuoto. Kaapelin kapasitiivisten ja induktiivisten ominaisuuksien välisen tasapainon vuoksi näiden aaltomuotojen suhde vahvistetaan.
Kun kaapelilla on 50 ohmin ominaisimpedanssi, se tarkoittaa, että jos teho etenee vain yhteen suuntaan sitten missä tahansa pisteessä linjaa pitkin jännitteen aaltomuodon ja virran aaltomuodon suhde on 50 ohmia. Tämä suhde on ominaisuus kaapelin geometrialle eikä se ole mitään, joka kasvaa tai pienenee, jos kaapelin pituus muuttuu.
Jos yritämme käyttää signaalia, jossa jännite ja virta eivät ole sopivassa suhteessa kyseiselle kaapelille, saamme signaalit välttämättä etenemään molempiin suuntiin. Näin tapahtuu olennaisesti päätettäessä kuorma ei vastaa kaapelin ominaisimpedanssia. Kuormitus ei voi tukea samaa jännitteen ja virran suhdetta luomatta käänteistä etenevää signaalia, jotta asiat laskevat yhteen, ja sinulla on heijastus.
Kommentit
- Miksi ’ ei voida sanoa, että kaapeli on kuin edellinen kuorma ja impedanssi Z, joka on yhtä suuri kuin kaapeli ’ ominainen impedanssi?
- @Felipe_Ribas, Jos katsot kaapelin toiseen päähän, ja jos toinen pää päätetään vastaavalla kuormalla, kaapeli käyttäydy (sikäli kuin tulopäästä voit sanoa) kuin kiinteä kuorma impedanssilla Z. Mutta se ei kerro sinulle, mitä tapahtuu muilla päätteillä, ja se ei ’ ei selitä, miksi se käyttäytyy tällä tavalla.
- Onko signaalin taajuus myös parametri vai onko ominaisimpedanssi hyvä millä tahansa taajuus Singalilla?
- @cagrigurleyuk Hyvin suunniteltu kaapeli on hyvin lähellä samaa Ominaisimpedanssi laajalla taajuusalueella. Tyypillisesti, jos taajuus nousee liian suureksi, kaapelihäviö kasvaa liian suureksi (katso ihovaikutus ) tai kaapelista tulee monimoodinen siirtolinja, eikä sitä voida enää kuvata yhdellä \ $ Z_0 \ $ -parametrilla. / li>
- @Felipe_Ribas, ei, et voi tehdä sitä. Ensinnäkin, jos kuormaa ei ole sovitettu, kokonaisheijastus riippuu paitsi kaapelin Z0: sta myös pituudesta.
Vastaa
Jos teoriassa esimerkissä oleva kaapeli on äärettömän pitkä, mitataan 50 Ω impedanssi kahden johdon välillä.
Jos kaapelisi on lyhyempi kuin ääretön, mutta yli 10% signaalin aallonpituudesta * \ $ \ lambda = \ dfrac {c} {f} \ $ (missä \ $ c \ noin 3 \ cdot 10 ^ 8 \ teksti {[m / s]} \ $), syötät sitten siirtolinjojen alueen Joten 1 MHz: n taajuudella aallonpituus on noin 300 m ja kymmenesosa 30 m. Joten jos työskentelet 1 MHz: n ja alle 30 m: n kaapelilla, sinun ei tarvitse huolehtia sen impedanssista liikaa.
*) Itse asiassa kaapelin aallonpituus on lyhyempi kuin tyhjiössä. Jos haluat olla turvallisella puolella, kerro vain aallonpituus 2/3: lla. Joten käytännössä kaapelisi huolen kynnyksen 1 MHz: n kanssa tulisi olla 30 m * 2/3 = 20 m.
Muut vastaukset ovat kirjoittaneet teoreettisemman tekstiä, yritän antaa korkeatasoista käytännön tietoa.
Käytännössä tämä tarkoittaa, että haluat päättää kaapelin molemmista päistä vastuksella, joka on sama kuin ominaisimpedanssi, jonka avulla voit lähettää kohtuullisen puhtaan signaalin . Jos et päätä kaapelia oikein, saat heijastuksia.
simuloi tätä virtapiiriä – Kaavio luotu käyttämällä CircuitLab
Heijastukset voivat vääristää (tai vaimentaa) signaaliasi vastaanottimen päässä.
Kuten nimestä voi päätellä, heijastus kulkee myös takaisin kaapelin kauimmassa päässä lähettimeen. Usein RF-lähettimet ei pysty selviytymään suurista heijastavista signaaleista ja saatat räjäyttää tehoportaan usein suositellaan olemaan lähettimen virran katkaiseminen, jos antennia ei ole kytketty.
Vastaus
Kaapelin ominaisimpedanssi ei ole mikään tekemistä sen fyysisen pituuden kanssa. Sen visualisointi on melko monimutkaista, mutta jos harkitset pitkää kaapelia, jonka toisessa päässä on 100 ohmin kuorma ja toisessa päässä 10 voltin akku, ja kysy itseltäsi, kuinka paljon virtaa virtaa kaapeliin, kun 10 voltin akku on kytketty.
Lopulta 100 mA virtaa, mutta kuinka nopeasti virtaa 10 voltin paristosta siinä lyhyessä ajassa, kun virta kulkee kaapelia pitkin eikä se ole vielä saavuttanut kuormaa? Jos kaapelin ominaisimpedanssi on 50 ohmia, virtaa 200 mA ja tämä edustaa 2 watin (10 V x 200 mA) tehoa. Mutta 100 ohmin vastus ei voi kaikkia ”kuluttaa” tätä tehoa, koska se haluaa 100 mA 10 V: n jännitteellä. Ylimääräinen teho heijastuu takaisin kuormasta ja varmuuskopioi kaapeli. Lopulta asiat rauhoittuvat, mutta lyhyessä ajassa akun käyttämisen jälkeen se on erilainen tarina.
Kaapelin ominaisimpedanssi määritetään kaapelin koon ja muodon avulla.Tuloksena on neljä parametria, jotka määrittelevät sen ominaisimpedanssin Z \ $ _ 0 \ $: –
\ $ Z_0 = \ sqrt {\ dfrac {R + j \ omega L} {G + j \ omega C}} \ $
Missä
- R on sarjan vastus metriä kohti (tai pituuden yksikköä kohti)
- L on sarjan induktanssi metriä kohti (tai yksikköä kohti)
- G on yhdensuuntainen johtavuus metriä (tai yksikköä kohti) ja
- C on rinnakkaista kapasitanssia metriä (tai yksikköä kohti)
Ääni- / puhelintoiminnoissa kaapelin ominaisimpedanssi on yleensä likimääräinen: –
\ $ Z_0 = \ sqrt {\ dfrac {R} {j \ omega C}} \ $
Tämä on kohtuullista noin 100 kHz: iin asti, koska sarja R on yleensä paljon suurempi kuin \ $ j \ omega L \ $ ja G on yleensä vähäpätöinen.
RF: ssä yleensä 1 MHz ja korkeammalla kaapelilla katsotaan olevan ominaisuusimpedanssi: –
\ $ Z_0 = \ sqrt {\ dfrac {L} {C}} \ $
Koska \ $ j \ omega L \ $ hallitsee R: tä ja kuten aiemmin mainittiin, G: tä pidetään merkityksettömänä, mutta dielektriset häviöt yli 100 MHz: n ncies alkaa kasvaa ja kaavassa käytetään joskus G: tä.
Kommentit
- I ’ en ole varma viimeisestä kappaleestasi. Sitä voidaan soveltaa tarkkaan työhön 100-1000 MHz: n alueella (ei minun kenttäni). Mutta 1 GHz: n tai sitä uudemmassa maailmassa R-häviöt yleensä hallitsevat G-häviöiden sijaan. Tämä aiheuttaa ” neliöjuuri-f ” -tappio-ominaisuuden, joka on erittäin iso juttu gigabittisessä viestintätyössä.
- @ThePhoton, sinä ’ veit minut sinne – yli 1 GHz ei varmasti ole ’ t kenttäni, mutta olen joutunut kamppailemaan G-häviöt 100 MHz: n alueella. Mitä tulee ihohäviöihin (luulen, että tarkoitat ehkä niitä mainitsemiesi F-tappioiden neliöjuuren takia), voitti ’ t jwL nousee aina paljon nopeammin kuin sqrt (F). Ehkä se ’ on jotain muuta?
- Suoritti vähän hakua ja löysi tämän: sigcon.com/Pubs /edn/LossyLine.htm . Annetulla dielektrillä G-häviöt yleensä hallitsevat suuremmilla taajuuksilla. Mutta mitä artikkelissa ei sanota ’ ei, voimme yleensä käyttää enemmän rahaa paremman dielektrisen saamiseksi, mutta ’ olemme melko paljon jumissa kuparin ja ihovaikutuksen kanssa riippumatta siitä, mitä kulutamme (lukuun ottamatta mahdollisuutta käyttää Litz-johtoa joissakin sovelluksissa)