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同轴电缆的特性阻抗

      射频和微波传输线有很多种形式,如微带线、带状线、同轴电缆和波导等。它们的共同特点都是用来传输射频和微波信号能量的。从短波频段一直到50GHz,射频同轴电缆无疑是应用最为广泛的信号传输载体。射频同轴电缆是一种分布参数电路,其电长度是物理长度和传输速度的函数,这一点和低频电路有着本质的区别。
      射频同轴电缆既可用于测试和测量,也可用于设备之间的互联。同样是射频同轴电缆,在不同的应用中,考虑问题的角度却大不相同。
      在射频同轴电缆中,电磁波的传播模式是TEM模,即电场和磁场方向均与传播方向垂直。同轴电缆由内导体、介质、外导体和护套组成,如下图所示。
      “特性阻抗”是射频同轴电缆最常被提到的指标之一。最大功率传输、最小信号反射都取决于电缆的特性阻抗和系统中其他部件的匹配。如果阻抗完全匹配,则电缆的损耗只有传输线的衰减,而不存在反射损耗。电缆的特性阻抗(Z0)与其内外导体的尺寸之比有关,同时也和填充介质的介电常数有关。由于射频能量在导体的传输过程中存在“趋肤效应”,所以与阻抗相关的重要尺寸是电缆内导体的外径和外导体的内径:
      式中,Z0为同轴电缆的特性阻抗(Ω);εr为内部填充介质的相对介电常数;D为外导体内径(mm);d为内导体外径(mm);ks为内导体系数,和内导体的结构有关:单股内导体ks=1,7芯内导体ks=0.939, 19芯内导体ks= 0.97。
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