Questa è probabilmente una domanda molto semplice, ma non riesco a trovare una risposta definitiva da nessuna parte. Immagino che un cavo da 50 Ω significhi 50 Ω per unità di lunghezza .
Che unità di lunghezza è questa? Se questo non è come è definito, come è?
Commenti
- Se lo ricordo correttamente dalle mie lezioni al corso di microonde, era limpedenza del cavo di lunghezza infinita; supponendo che il suo portatore di carica centrale sia un conduttore perfetto. Il valore dellimpedenza deriva dalla capacità tra due conduttori (nucleo e schermo) e dallinduttanza per unità di lunghezza. Il cavo non è un materiale concentrato, quindi questo valore di impedenza viene calcolato risolvendo unequazione donda multidimensionale molto complessa.
Risposta
Vedo che hai alcune risposte precise ma probabilmente difficili da capire. Cercherò di darti una sensazione più intuitiva.
Considera cosa succede quando applichi per la prima volta una tensione allestremità di un cavo lungo. Il cavo ha una certa capacità, quindi assorbirà un po di corrente. Se era tutto quello che cera da fare, ottieni un grande picco di corrente, poi niente.
Tuttavia, ha anche qualche induttanza in serie. Puoi approssimarla con una piccola induttanza in serie, seguita da una piccola capacità per massa, seguita da unaltra induttanza in serie, ecc. Ognuno di questi induttori e condensatori modella una piccola lunghezza del cavo. Se riduci quella lunghezza, linduttanza e la capacità diminuiscono e ce ne sono più della stessa lunghezza. Tuttavia, il rapporto tra linduttanza e la capacità rimane lo stesso.
Ora immagina la tensione iniziale applicata che si propaga lungo il cavo. Ad ogni passo del percorso, si carica un po di capacità. Ma questa carica aumenta è rallentato dalle induttanze, il risultato netto è che la tensione applicata alla fine di th Il cavo si propaga più lentamente della velocità della luce e carica la capacità lungo la lunghezza del cavo in modo da richiedere una corrente costante. Se avessi applicato il doppio della tensione, i condensatori si caricheranno al doppio di quella tensione, quindi richiederebbero il doppio della carica, il che richiederebbe il doppio della corrente per fornire. Quello che hai è la corrente che il cavo assorbe essendo proporzionale alla tensione applicata. Accidenti, questo è ciò che fa un resistore.
Pertanto, mentre il segnale si propaga lungo il cavo, il cavo sembra resistivo alla sorgente. Questa resistenza è solo una funzione della capacità parallela e dellinduttanza in serie di il cavo e non ha nulla a che fare con ciò che è collegato allaltra estremità. Questa è l impedenza caratteristica del cavo.
Se hai una bobina di cavo sul banco che è abbastanza corto da poter ignorare la resistenza CC dei conduttori, quindi tutto funziona come descritto fino a quando il segnale si propaga allestremità del cavo e viceversa.Fino ad allora, sembra un cavo infinito a qualunque cosa lo stia guidando. In effetti, sembra un resistore allimpedenza caratteristica. Se il cavo è abbastanza corto e si accorcia lestremità, per esempio, alla fine la sorgente del segnale vedrà il corto. Ma, almeno per il tempo necessario al segnale per propagarsi allestremità del cavo e viceversa, sembrerà la caratteristica impedenza.
Ora immag ine che ho messo una resistenza dellimpedenza caratteristica sullaltra estremità del cavo. Ora lestremità di ingresso del cavo sembrerà per sempre un resistore. Questo è chiamato terminazione del cavo e ha la bella proprietà di rendere limpedenza costante nel tempo e di impedire che il segnale si rifletta quando arriva allestremità del cavo. Dopotutto, allestremità del cavo unaltra lunghezza di cavo avrebbe lo stesso aspetto di un resistore allimpedenza caratteristica.
Commenti
- Questo è la prima volta che qualcuno ‘ mi ha spiegato con successo limpedenza del cavo, grazie
Risposta
Quando parliamo di un cavo da 50 Ohm, parliamo di impedenza caratteristica che non è esattamente la stessa di unimpedenza concentrata.
Quando cè un segnale che si propaga nel cavo, ci sarà una forma donda di tensione e una forma donda di corrente associate a quel segnale. A causa dellequilibrio tra le caratteristiche capacitive e induttive del cavo, il rapporto di queste forme donda sarà fisso.
Quando un cavo ha unimpedenza caratteristica di 50 Ohm, significa che se la potenza si propaga in una sola direzione quindi in qualsiasi punto lungo la linea il rapporto tra la forma donda della tensione e la forma donda della corrente è di 50 Ohm. Questo rapporto è caratteristico della geometria del cavo e non è qualcosa che aumenta o diminuisce se la lunghezza del cavo cambia.
Se proviamo ad applicare un segnale in cui la tensione e la corrente non sono nel rapporto appropriato per quel cavo, allora causeremo necessariamente la propagazione dei segnali in entrambe le direzioni. Questo è essenzialmente ciò che accade quando la terminazione il carico non corrisponde allimpedenza caratteristica del cavo. Il carico non può supportare lo stesso rapporto tra tensione e corrente senza creare un segnale di propagazione inversa per far sommare le cose e si ha una riflessione.
Commenti
- Perché ‘ t diciamo che il cavo è come un carico precedente con unimpedenza Z che è uguale al cavo ‘ è impedenza caratteristica?
- @Felipe_Ribas, se stai guardando verso unestremità del cavo, e se laltra estremità è terminata con un carico corrispondente, il cavo dovrebbe si comportano (per quanto puoi vedere dallestremità di ingresso) come un carico fisso con impedenza Z. Ma questo ‘ non ti dice cosa succede con altre terminazioni, e non ‘ per spiegare perché si comporta in questo modo.
- Anche la frequenza del segnale è un parametro o limpedenza caratteristica è buona per qualsiasi frequenza singal?
- @cagrigurleyuk Un cavo ben progettato sarà molto vicino allo stesso e impedenza caratteristica su unampia gamma di frequenze. In genere se la frequenza è troppo alta o la perdita del cavo aumenta in modo inaccettabile (vedi effetto pelle ) o il cavo diventa una linea di trasmissione multimodale e non può più essere descritto con un singolo parametro \ $ Z_0 \ $.
- @Felipe_Ribas, no, non puoi farlo. Per prima cosa, se il carico non è abbinato, la riflessione complessiva dipenderà non solo dallo Z0 del cavo ma anche dalla lunghezza.
Risposta
In teoria, se il cavo nel tuo esempio è infinitamente lungo, misurerai unimpedenza di 50 Ω tra i due conduttori.
Se il cavo è più corto di infinito, ma più lungo di circa il 10% della lunghezza donda del segnale * \ $ \ lambda = \ dfrac {c} {f} \ $ (dove \ $ c \ approx 3 \ cdot 10 ^ 8 \ text {[m / s]} \ $), quindi inserisci larea delle linee di trasmissione Quindi, per una frequenza di 1 MHz, la lunghezza donda sarà di circa 300 me un decimo sarà di 30 m. Quindi, se stai lavorando con 1 MHz e un cavo più corto di 30 m, non devi preoccuparti troppo della sua impedenza.
*) In realtà la lunghezza donda in un cavo è più corta che nel vuoto. Per essere sicuri, per esempio pratico, basta moltiplicare la lunghezza donda per 2/3. Quindi, in pratica, la soglia di preoccupazione del cavo con 1 MHz dovrebbe essere 30 m * 2/3 = 20 m.
Altre risposte hanno scritto un più teorico testo, cercherò di fornire alcune informazioni pratiche di alto livello.
In pratica questo significa che vuoi terminare il tuo cavo ad entrambe le estremità con una resistenza che sia uguale allimpedenza caratteristica che puoi trasmettere un segnale ragionevolmente pulito Se non si termina correttamente il cavo, si ottengono riflessi.
simula questo circuito – Schema creato utilizzando CircuitLab
I riflessi possono distorcere (o attenuare) il segnale allestremità del ricevitore.
Come suggerisce il nome, la riflessione viaggia anche dallestremità più lontana del cavo al trasmettitore. Spesso trasmettitori RF non è in grado di sopportare segnali riflettenti di grandi dimensioni e potresti far saltare in aria lo stadio di potenza, per questo motivo spesso è fortemente consigliato di non alimentare un trasmettitore se lantenna non è collegata.
Risposta
Limpedenza caratteristica di un cavo è nulla a che fare con la sua lunghezza fisica. È abbastanza complesso da visualizzare, ma se consideri un cavo lungo con un carico di 100 ohm a unestremità e una batteria da 10 volt allaltra estremità, chiediti quanta corrente scorrerà lungo il cavo quando la batteria da 10 volt è collegato.
Alla fine fluiranno 100 mA ma, in quel breve lasso di tempo in cui la corrente scorre lungo il cavo e non ha ancora raggiunto il carico, quanta corrente scenderà dalla batteria da 10 volt? Se limpedenza caratteristica del cavo è di 50 ohm, fluiranno 200 mA e ciò rappresenta una potenza di 2 watt (10 V x 200 mA). Ma questa potenza non può essere “consumata” tutta dalla resistenza da 100 ohm perché vuole 100 mA a 10V. La potenza in eccesso viene riflessa dal carico e sostiene il cavo. Alla fine le cose si sistemano, ma nel breve lasso di tempo dopo che la batteria è stata applicata è tutta unaltra storia.
Limpedenza caratteristica del cavo è definita dalla dimensione e dalla forma del cavo.Ne risultano quattro parametri che definiscono limpedenza caratteristica Z \ $ _ 0 \ $: –
\ $ Z_0 = \ sqrt {\ dfrac {R + j \ omega L} {G + j \ omega C}} \ $
Dove
- R è la resistenza in serie per metro (o per unità di lunghezza)
- L è linduttanza in serie per metro (o per unità di lunghezza)
- G è la conduttanza parallela per metro (o per unità di lunghezza) e
- C è la capacità parallela per metro (o per unità di lunghezza)
Nelle sfere audio / telefoniche limpedenza caratteristica del cavo è generalmente approssimata a: –
\ $ Z_0 = \ sqrt {\ dfrac {R} {j \ omega C}} \ $
Questo è ragionevole fino a circa 100 kHz perché la serie R di solito è molto più grande di \ $ j \ omega L \ $ e G è generalmente trascurabile.
A RF, di solito 1 MHz e superiore, si ritiene che il cavo abbia unimpedenza caratteristica di: –
\ $ Z_0 = \ sqrt {\ dfrac {L} {C}} \ $
Perché \ $ j \ omega L \ $ domina R e come accennato in precedenza, G è considerato trascurabile, tuttavia, le perdite dielettriche a freque I valori superiori a 100 MHz iniziano ad aumentare e nella formula viene talvolta utilizzato G.
Commenti
- I ‘ Non sono sicuro del tuo ultimo paragrafo. Può applicarsi a lavori di alta precisione nella gamma 100-1000 MHz (non nel mio campo). Ma nel mondo da 1 GHz e superiore, le perdite R tendono a dominare piuttosto che le perdite G. Ciò causa una caratteristica di perdita ” radice quadrata di f ” che è un grosso problema nel lavoro di comunicazione gigabit.
- @ThePhoton tu ‘ mi hai portato lì – sopra 1GHz di certo ‘ non è il mio campo ma ho dovuto fare i conti con Perdite di G nellarea di 100 MHz. Per quanto riguarda le perdite di pelle (penso che potresti riferirti a quelle a causa della radice quadrata della perdita di F che hai menzionato), Won ‘ t jwL sale sempre molto più velocemente di sqrt (F). Forse ‘ è qualcosaltro?
- Ho fatto una piccola ricerca e ho trovato questo: sigcon.com/Pubs /edn/LossyLine.htm . Per un dato dielettrico, le perdite G tendono a dominare a frequenze più alte. Ma quello che larticolo ‘ non dice è che di solito possiamo spendere più soldi per ottenere un dielettrico migliore, ma ‘ siamo più o meno bloccato con leffetto rame e pelle, non importa quanto spendiamo (a parte la possibilità di utilizzare il filo Litz per alcune applicazioni)