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標(biāo)題: 干貨 | 終于有人把「特性阻抗、反射、阻抗匹配」講明白了 [打印本頁(yè)]
作者: 芻狗 時(shí)間: 2024-4-29 09:48
標(biāo)題: 干貨 | 終于有人把「特性阻抗、反射、阻抗匹配」講明白了
認(rèn)識(shí)特性阻抗
電阻是一個(gè)實(shí)實(shí)在在的物理元器件，通過(guò)歐姆定律我們可以知道，電壓、電流和電阻三者之間的關(guān)系，U=I*R。
我們通過(guò)一個(gè)具體的電路來(lái)分析這三者之間的具體關(guān)系，請(qǐng)看下面的一張最簡(jiǎn)單的電路圖。這個(gè)電路圖只有一個(gè)電源一個(gè)電阻和一些導(dǎo)線(xiàn)組成。
當(dāng)然這個(gè)電阻的阻值也可以通過(guò)用萬(wàn)用表來(lái)直接測(cè)量。
特性阻抗就不一樣了，用萬(wàn)用表測(cè)量一根50歐姆特性阻抗時(shí)，將會(huì)發(fā)現(xiàn)是短路的。這就需要我們從概念上區(qū)分電阻（哪怕是剛好是50歐姆的電阻）和特性阻抗是兩碼事。就像溫度上面的度（攝氏度）和角度上的度一樣，不是一個(gè)東西。
電阻這個(gè)物理量大家都懂，這里就不解釋了。我們來(lái)分析一下這個(gè)特性阻抗到底是何方神圣，是在什么條件下才會(huì)用這個(gè)東西的。
其實(shí)特性阻抗是和射頻緊密相隔的一個(gè)物理量，在認(rèn)識(shí)特性阻抗之前先認(rèn)識(shí)一下射頻。我們知道電臺(tái)，手機(jī)通訊信號(hào)，wifi等都是向外部發(fā)射信號(hào)能量的裝置，也就是說(shuō)能量是從天線(xiàn)射出去，能量不再回來(lái)到天線(xiàn)了，可以想像就像機(jī)槍向外面掃射一樣，子彈打出去就不回來(lái)了。
好了，明白射頻這個(gè)東西之后，我們?cè)賮?lái)到具體的傳輸射頻能量的導(dǎo)線(xiàn)上面來(lái)。導(dǎo)線(xiàn)上面?zhèn)鬏數(shù)纳漕l信號(hào)也是一樣的，希望它傳過(guò)去就不要反傳回來(lái)了，要是有能量反傳回來(lái)就說(shuō)明傳輸?shù)男Ч盍恕?br />
為了更具體的說(shuō)明特性阻抗這個(gè)東西 我這里打一個(gè)比方：
同一個(gè)電路板上面有2根導(dǎo)線(xiàn)（假設(shè)都是很長(zhǎng)的兩根線(xiàn)，你能想像它有多長(zhǎng)就有多長(zhǎng)），因?yàn)橥粋�(gè)板，那么2根導(dǎo)線(xiàn)的銅皮厚度都是一樣的。兩根導(dǎo)線(xiàn)，長(zhǎng)（無(wú)限長(zhǎng)）和厚度是一樣的，只能唯一不同的是寬度了，假設(shè)1號(hào)導(dǎo)線(xiàn)寬度是1（單位），2號(hào)導(dǎo)線(xiàn)是2（單位）。也就是說(shuō)2號(hào)線(xiàn)寬度是1號(hào)線(xiàn)的兩倍。
下面的圖可以具體看到兩根導(dǎo)線(xiàn)的示意圖。
如上圖所示，假如同時(shí)都接的是一樣的射頻發(fā)射源，同樣的一小段時(shí)間T，那么我們看看這兩根導(dǎo)線(xiàn)會(huì)有什么區(qū)別。同一個(gè)發(fā)射源，那么兩根線(xiàn)的輸出射頻電壓是一樣的，射頻傳輸?shù)木嚯x是一樣的（假設(shè)都是光速，實(shí)際比光速少）。
唯一不同的是線(xiàn)寬，而2號(hào)線(xiàn)的線(xiàn)比1號(hào)線(xiàn)寬一倍，那么2號(hào)線(xiàn)需要1號(hào)線(xiàn)2倍的電量來(lái)填滿(mǎn)多出的線(xiàn)寬面積(其實(shí)是導(dǎo)線(xiàn)銅皮與底面產(chǎn)生的電容效應(yīng))。也就是說(shuō)：Q2=兩倍的Q1。
因?yàn)?nbsp; i = Q/T （射頻電流=電量/時(shí)間），那么可以知道2號(hào)線(xiàn)的射頻電流是1號(hào)線(xiàn)的兩倍（因?yàn)闀r(shí)間是一樣的，2號(hào)線(xiàn)電量是1號(hào)線(xiàn)的兩倍）。
好了，我們知道了 i2=兩倍的i1。
到了這里，我們找出個(gè)神秘的特性阻抗就不遠(yuǎn)了，為什么呢，因?yàn)槲覀冎离娮?電壓/電流。其實(shí)特性阻抗也有這種關(guān)系：特性阻抗=射頻電壓/射頻電流。 從上面我們知道，射頻電壓一樣的，電流關(guān)系為 i2=兩倍的i1 。
則2號(hào)線(xiàn)的特性阻抗只有1號(hào)線(xiàn)的一半！
這就是我們所說(shuō)的線(xiàn)越是寬，特性阻抗越小。
上面是我舉個(gè)例子說(shuō)明特性阻抗與電阻的區(qū)別，以及為什么同樣一個(gè)板子，特性阻抗與線(xiàn)寬有關(guān)系，與長(zhǎng)度沒(méi)有關(guān)系。
實(shí)際上影響特性阻抗的因素很多，包括材料，導(dǎo)線(xiàn)與底板地間距等等很多因素相關(guān)。 導(dǎo)線(xiàn)的特性阻抗用通俗的話(huà)來(lái)描述（只是比喻），就是導(dǎo)線(xiàn)對(duì)其上面?zhèn)鬏數(shù)纳漕l能量阻礙力的大小。買(mǎi)元器件現(xiàn)貨上唯樣商城！
認(rèn)識(shí)傳輸線(xiàn)的反射
上面我們是假設(shè)導(dǎo)線(xiàn)是無(wú)限長(zhǎng)的，而實(shí)際上的導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度是有限。當(dāng)射頻信號(hào)到達(dá)導(dǎo)線(xiàn)末端，能量沒(méi)有辦法釋放，就會(huì)沿著導(dǎo)線(xiàn)反傳回來(lái)。就跟我們對(duì)著墻喊，聲音碰到墻反傳回來(lái)產(chǎn)生回音。
也就是說(shuō)我們想像中的射頻信號(hào)發(fā)射出去就沒(méi)有反射回來(lái)的情況在現(xiàn)實(shí)是不存在的。
如上圖所示，假如我們?cè)诰�(xiàn)的末端接上一個(gè)電阻來(lái)消耗（或者接收）線(xiàn)上傳輸過(guò)來(lái)的射頻能量。
有人會(huì)問(wèn)，為什么導(dǎo)線(xiàn)的特性阻抗的電阻不消耗能量，非要接個(gè)電阻才能消耗呢？其實(shí)啊，導(dǎo)線(xiàn)只是傳輸能量的，導(dǎo)線(xiàn)本身并不消耗能量或者近似于不損耗能量（有點(diǎn)想電容或者電感的屬性）。電阻則是一個(gè)損耗能量的元件。 我們發(fā)現(xiàn)有三種特殊情況： 當(dāng)R=R0 時(shí)，傳輸過(guò)來(lái)的能量剛剛好被末端的電阻R吸收完，沒(méi)有能量反射回去。可看成這導(dǎo)線(xiàn)是無(wú)線(xiàn)長(zhǎng)。 當(dāng)R=∞時(shí)（開(kāi)路），能量全部反射回去，而且在線(xiàn)的末端點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生2倍于發(fā)射源的電壓。 當(dāng)R=0時(shí)，末端點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)-1倍于源電壓反射回去。
認(rèn)識(shí)阻抗匹配
阻抗匹配是指負(fù)載阻抗與激勵(lì)源內(nèi)部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。
阻抗匹配是針對(duì)射頻等而言的，對(duì)于功率電路則不適用的，否則會(huì)燒掉東西。
我們常常聽(tīng)說(shuō)特性阻抗50歐姆，75歐姆等等，這個(gè)50歐姆是怎么來(lái)的，為什么是50歐姆 而不是51歐姆呢，或者45歐姆呢？
這個(gè)是約定來(lái)的，50歐姆應(yīng)該說(shuō)對(duì)于一般射頻電路傳輸效果更好。 也就是說(shuō)，我們的導(dǎo)線(xiàn)，電纜要做50歐姆，是因?yàn)殡娐坟?fù)載已經(jīng)相當(dāng)于50歐姆的電阻。你做別的阻抗值導(dǎo)線(xiàn)，就和負(fù)載不匹配。偏離越遠(yuǎn)，傳輸?shù)男Ч蜁?huì)越差！
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