Dette er sannsynligvis et veldig enkelt spørsmål, men jeg kan ikke synes å finne et definitivt svar hvor som helst. Jeg gjetter at 50Ω kabel betyr 50Ω per lengdenhet .
Hvilken enhetslengde er dette? Hvis dette ikke er slik det er definert, hvordan er det?
Kommentarer
- Hvis jeg husker det riktig fra forelesningene mine i mikrobølgeovn, var det impedansen av den uendelige lengden kabelen; antar at kjerneladebæreren er en perfekt leder. Verdien av impedansen kommer fra kapasitansen mellom to ledere (kjerne og skjold) og induktansen per lengdeenhet. Kabelen er ikke et klumpet materiale, så denne impedansverdien beregnes ved å løse en veldig kompleks flerdimensjonal bølgeligning.
Svar
Jeg ser at du har noen nøyaktige, men sannsynligvis vanskelige å forstå svarene. Jeg vil prøve å gi deg en bedre intuitiv følelse.
Tenk på hva som skjer når du først bruker en spenning på enden av en lang kabel. Kabelen har litt kapasitans, så den vil trekke litt strøm. Hvis det var alt det var, du får en stor strømtopp, så ingenting.
Den har imidlertid også noen serieinduktans. Du kan tilnærme den med en liten serieinduktans, etterfulgt av litt kapasitans til jord, etterfulgt av en annen serieinduktans osv. Hver av disse induktorene og kondensatorene modellerer en liten lengde på kabelen. Hvis du gjør den lengden mindre, går induktansen og kapasitansen ned, og det er flere av dem i samme lengde. Forholdet mellom induktansen og kapasitansen forblir den samme.
Tenk deg den opprinnelige påførte spenningen som forplantes nedover kabelen. Hvert trinn på veien lader den opp litt kapasitans. Men denne ladingen blir redusert av induktansene. Nettoresultatet er at spenningen du påførte til slutten av th kabelen forplanter seg langsommere enn lysets hastighet, og den lader kapasitansen langs kabellengden på en måte som krever en konstant strøm. Hvis du hadde brukt to ganger spenningen, ville kondensatorene bli ladet til den dobbelte av spenningen, og derfor ville det kreve to ganger ladningen, noe som ville ta to ganger strømmen å levere. Det du har er strømmen som kabelen trekker, er proporsjonal med spenningen du brukte. Det er hva en motstand gjør.
Derfor, mens signalet forplanter seg nedover kabelen, ser kabelen motstandsdyktig ut mot kilden. Denne motstanden er bare en funksjon av den parallelle kapasitansen og serieinduktansen til kabelen, og har ingenting å gjøre med hva den koblet til den andre enden. Dette er den karakteristiske impedansen til kabelen.
Hvis du har en kabel på benken din det er kort nok til at du kan ignorere DC-motstanden til lederne, så fungerer alt som beskrevet til signalet forplanter seg til enden av kabelen og tilbake. Inntil da ser det ut som en uendelig kabel til det som driver den. Faktisk ser det ut som en motstand ved den karakteristiske impedansen. Hvis kabelen er kort nok, og du for eksempel kortere enden, vil signalkilden din til slutt se den korte. Men i det minste den tiden det tar signalet til forplantes til enden av kabelen og tilbake, vil det se ut som den karakteristiske impedansen.
Nå forestiller deg at jeg setter en motstand av den karakteristiske impedansen over den andre enden av kabelen. Nå vil inngangsenden av kabelen se ut som en motstand for alltid. Dette kalles terminering av kabelen, og har den fine egenskapen at impedansen blir konsistent over tid og forhindrer at signalet reflekteres når det kommer til enden av kabelen. Tross alt, til enden av kabelen, vil en annen kabellengde se ut som en motstand ved den karakteristiske impedansen.
Kommentarer
- Dette er første gang noen ‘ forklarte meg kabelimpedansen, takk
Svar
Når vi snakker om en 50 Ohm kabel, snakker vi om karakteristisk impedans som ikke er helt det samme som en klumpimpedans.
Når det er et signal som forplanter seg i kabelen, vil det være en spenningsbølgeform og en strømbølgeform assosiert med det signalet. På grunn av balansen mellom kabelens kapasitive og induktive egenskaper, vil forholdet mellom disse bølgeformene være faste.
Når en kabel har en 50 Ohm karakteristisk impedans, betyr det at hvis kraften bare forplanter seg i en retning så når som helst punkt langs linjen er forholdet mellom spenningsbølgeform og strømbølgeform 50 ohm. Dette forholdet er karakteristisk for kabelgeometrien og er ikke noe som øker eller avtar hvis lengden på kabelen endres.
Hvis vi prøver å bruke et signal der spenningen og strømmen ikke er i riktig forhold for den kabelen, vil vi nødvendigvis få signalene til å forplante seg i begge retninger. Dette er egentlig det som skjer når den avsluttende belastning samsvarer ikke med kabelkarakteristikkimpedansen. Belastningen kan ikke støtte det samme forholdet mellom spenning og strøm uten å skape et omvendt forplantningssignal for å få ting til å legge seg sammen, og du har en refleksjon.
Kommentarer
- Hvorfor kan ‘ t vi si at kabelen er som en tidligere belastning med og impedans Z som er lik kabelen ‘ s karakteristiske impedans?
- @ Felipe_Ribas, Hvis du ser inn til den ene enden av kabelen, og hvis den andre enden blir avsluttet med en tilsvarende belastning, ville kabelen oppføre deg (så langt du kan se fra inngangssiden) som en fast belastning med impedans Z. Men det forteller ikke ‘ hva som skjer med andre avslutninger, og det ‘ t forklare hvorfor det oppfører seg slik.
- Er frekvensen til signalet også en parameter, eller er den karakteristiske impedansen god for enhver frekvenssingal?
- @cagrigurleyuk En godt designet kabel vil være veldig nær samen Den karakteristiske impedansen over et bredt frekvensområde. Vanligvis hvis frekvensen går for høyt, øker enten kabeltapet uakseptabelt (se hudeffekt ), eller kabelen blir en multimodus overføringslinje og kan ikke lenger beskrives med en enkelt \ $ Z_0 \ $ parameter.
- @ Felipe_Ribas, nei du kan ikke gjøre det. For det første, hvis belastningen ikke samsvarer, vil den totale refleksjonen ikke bare avhenge av kabelens Z0, men også lengden.
Svar
I teorien, hvis kabelen i eksemplet ditt er uendelig lang, vil du måle en 50Ω impedans mellom de to ledningene.
Hvis kabelen din er kortere enn uendelig, men lengre enn omtrent 10% av signalets bølgelengde * \ $ \ lambda = \ dfrac {c} {f} \ $ (hvor \ $ c \ ca 3 \ cdot 10 ^ 8 \ text {[m / s]} \ $), så angir du området med overføringslinjer Så for en frekvens på 1MHz vil bølgelengden være omtrent 300m og en tidel vil være 30m. Så hvis du jobber med 1MHz og en kabel kortere enn 30m, trenger du ikke å bekymre deg for impedansen for mye.
*) Egentlig er bølgelengden i en kabel kortere enn i vakuum. For å være på den sikre siden, for eksempel, multipliser bare bølgelengden med 2/3. Så i praksis burde bekymringsgrensen for kabelen med 1MHz være 30m * 2/3 = 20m.
Andre svar har skrevet en mer teoretisk tekst, vil jeg prøve å gi litt praktisk informasjon på høyt nivå.
I praksis betyr dette at du vil avslutte kabelen i begge ender med en motstand som tilsvarer den karakteristiske impedansen du kan overføre et rimelig rent signal . Hvis du ikke avslutter kabelen riktig, får du refleksjoner.
simulere denne kretsen – Skjematisk opprettet ved hjelp av CircuitLab
Refleksjoner kan forvride (eller dempe) signalet ditt ved mottakerenden.
Som navnet antyder, går refleksjonen også tilbake fra enden av kabelen til senderen. Ofte RF-sendere kan ikke takle store reflekterende signaler, og du kan sprenge strømstadiet. Dette er grunnen til at det er ofte sterkt anbefalt å ikke drive en sender hvis antennen ikke er koblet til.
Svar
Den karakteristiske impedansen til en kabel er ingenting å gjøre med den fysiske lengden. Det er ganske komplisert å visualisere, men hvis du vurderer en lang kabellengde med en belastning på 100 ohm i den ene enden og et 10 volt batteri i den andre enden og spør deg selv hvor mye strøm som vil strømme nedover kabelen når 10 volt batteriet er tilkoblet.
Til slutt vil 100 mA strømme, men i løpet av den korte tiden når strømmen strømmer nedover kabelen og ennå ikke har nådd belastningen, hvor mye strøm vil da være fra 10 volt batteriet? Hvis den karakteristiske impedansen til kabelen er 50 ohm, vil 200mA strømme, og dette representerer en effekt på 2 watt (10 V x 200 mA). Men denne kraften kan ikke «konsumeres» av motstanden på 100 ohm fordi den vil ha 100 mA ved 10V. Overskuddseffekten reflekteres tilbake fra lasten og sikkerhetskopier kabelen. Til slutt ordner ting seg, men i løpet av kort tid etter at batteriet er brukt er det en annen historie.
Kabelenes karakteristiske impedans defineres av kabelens størrelse og form.Dette resulterer i fire parametere som definerer den karakteristiske impedansen Z \ $ _ 0 \ $: –
\ $ Z_0 = \ sqrt {\ dfrac {R + j \ omega L} {G + j \ omega C}} \ $
Hvor
- R er seriemotstanden per meter (eller per lengdeenhet)
- L er serieinduktansen per meter (eller per lengdeenhet)
- G er den parallelle ledningsevnen per meter (eller per lengdenhet) og
- C er den parallelle kapasitansen per meter (eller per lengdenhet)
I lyd- / telefonisfærer tilnærmes kabelkarakteristikkimpedansen vanligvis til: –
\ $ Z_0 = \ sqrt {\ dfrac {R} {j \ omega C}} \ $
Dette er rimelig opp til omtrent 100 kHz fordi serie R vanligvis er mye større enn \ $ j \ omega L \ $ og G vanligvis er ubetydelig.
Ved RF, vanligvis 1MHz og høyere, anses kabelen å ha en karakteristisk impedans på: –
\ $ Z_0 = \ sqrt {\ dfrac {L} {C}} \ $
Fordi \ $ j \ omega L \ $ dominerer R og som nevnt tidligere, betraktes G som ubetydelig, men dielektriske tap ved freque ncies over 100MHz begynner å øke, og G brukes noen ganger i formelen.
Kommentarer
- I ‘ jeg er ikke sikker på det siste avsnittet ditt. Det kan gjelde arbeid med høy presisjon i 100-1000 MHz-området (ikke mitt felt). Men i 1 GHz og oppover verden, har R-tap en tendens til å dominere i stedet for G-tap. Dette forårsaker en » kvadratrot-av-f » tapskarakteristikk som er veldig viktig i gigabit-kommunikasjonsarbeid.
- @ThePhoton du ‘ har fått meg dit – over 1 GHz er absolutt ikke ‘ t mitt felt, men jeg har måttet kjempe med G-tap i 100MHz-området. Når det gjelder hudtapene (jeg tror du refererer til dem på grunn av kvadratroten av F-tapet du nevnte), vant ‘ t jwL stiger alltid mye raskere enn sqrt (F). Kanskje det ‘ er noe annet?
- Gjorde et lite søk og fant dette: sigcon.com/Pubs /edn/LossyLine.htm . For et gitt dielektrikum har G-tap en tendens til å dominere ved høyere frekvenser. Men det artikkelen ikke ‘ t sier, er at vi vanligvis kan bruke mer penger på å få et bedre dielektrikum, men vi ‘ er ganske mye sitter fast med kobber og hudeffekt uansett hva vi bruker (bortsett fra muligheten for å bruke Litz-wire til noen applikasjoner)