阻抗|同轴线_“50欧姆”特性阻抗的由来

篇首语：本文由编程笔记#小编为大家整理，主要介绍了“50欧姆”特性阻抗的由来相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

硬件之家原创文章系列之《“50欧姆”特性阻抗的由来》

接触过高速高频、射频以及微波等行业的朋友都知道传输线要做50欧姆特性阻抗匹配&＃xff0c;那为什么一定要匹配到50欧姆&＃xff0c;而不是25欧姆或者75欧姆等其它数呢&＃xff1f;

带着这个问题&＃xff0c;我们继续看下去。

一、50欧姆的由来 

纵观50欧姆特性阻抗的发展历史&＃xff0c;我们可以得出它由来的两个主要因素&＃xff1a;

1、理论因素&＃xff1a;50欧姆传输线的特定优势&＃xff1b;

2、行业发展&＃xff1a;大公司对行业标准的话语权&＃xff1b;

1 理论因素——50欧姆的优势

在通信设备中&＃xff0c;主要关注同轴电缆的两个性能指标&＃xff1a;

①功率容量&＃xff1a;即可以传输最大的信号功率值&＃xff0c;决定了设备的发射功率&＃xff1b;

②传输损耗&＃xff1a;即信号输出过程中在同轴线上的损耗大小&＃xff0c;决定了传输的距离&＃xff1b;

同轴电缆的功率容量

同轴电缆的功率容量公式如下&＃xff1a;

其中&＃xff0c;参数a、b表示同轴电缆的内径与外径的大小。对上述公式取导数之后可以计算其极限值&＃xff1a;

因此最大功率容量就决定了一组同轴线的特性阻抗&＃xff1a;

通过上面两个公式联立&＃xff0c;可以计算得到&＃xff1a;

当阻抗为30欧姆时&＃xff0c;同轴线可以获取最大的功率传输容量&＃xff1b;

2 同轴电缆的传输损耗

同轴线的传输衰减常数为&＃xff1a;

其中&＃xff0c;参数a、b表示同轴电缆的内径与外径的大小。对上述公式取导数之后可以计算其极限值&＃xff1a;

因此最小衰减常数就决定了一组同轴线的特性阻抗&＃xff1a;

通过上面两个公式联立&＃xff0c;可以计算得到&＃xff1a;

当阻抗为77欧姆时&＃xff0c;同轴线可以获取最小的传输衰减常数。这也是电视系统采用75欧姆同轴传输线的原因&＃xff0c;因为衰减小可以传输得足够远。

30欧姆和75欧姆的权衡结果

为了使得同轴线兼具最佳的功率容量与衰减常数&＃xff0c;经过反复的权衡后&＃xff0c;最后选择30欧姆与75欧姆之间平均值与最简值&＃xff1a;50欧姆。

因此&＃xff0c;50欧姆就此诞生了&＃xff01;

二、行业发展——美国标准

在Harmon Banning 的《电缆&＃xff1a;关于 50 Ohm的来历可能有很多故事》一文中&＃xff0c;详细介绍了关于50欧姆标准阻抗的来历&＃xff1a;

在微波应用的初期&＃xff0c;二次世界大战期间&＃xff0c;阻抗的选择完全依赖于使用的需要&＃xff0c;对于大功率的处理&＃xff0c;30欧姆和44欧姆常被使用。另一方面&＃xff0c;最低损耗的空气填充线的阻抗是93欧姆。

在那些岁月里&＃xff0c;对于很少用的更高频率&＃xff0c;没有易弯曲的软电缆&＃xff0c;仅仅是填充空气介质的刚性导管。半刚性电缆诞生于 50 年代早期&＃xff0c;真正的微波软电缆出现是大约 10 年以后了。

随着技术的进步&＃xff0c;需要给出阻抗标准&＃xff0c;以便在经济性和方便性上取得平衡。

在美国&＃xff0c;敲定了50 欧姆是一个折衷的最佳方案。为了联合陆海军解决这些问题&＃xff0c;成立了一个名为JAN的组织&＃xff0c;由MIL(American military standard&＃xff0c;美国军用标准)专门开发。

不久以后&＃xff0c;由于美国惠普公司(Hewlett-Packard)等主导世界舞台级公司的影响&＃xff0c;欧洲人也被迫改变选择50欧姆标准。

从此&＃xff0c;50欧姆标准一统江湖。

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