同轴电缆中特性阻抗（射频同轴电缆的特性阻抗与测试方法）

简单聊聊什么是同轴电缆的特性阻抗？

特性阻抗，它不是一个基础的概念，而是应用在整个传输线中的概念。

在高频信号的传输场景中，导线不再是理想的导线，它的寄生电阻、寄生电容、寄生电感，将不能被忽略。传输线的相关知识比较多，有兴趣的朋友可以去自习一下，这里就不浪费篇幅展开去讲。

打个比方，

例如有一段1米长的传输线，它的等效模型如下图：

传输线等效模型与阻抗

当高频信号通过时，这些寄生物理量，会产生感抗、容抗，它们与直流电阻一起对输入信号产生一个综合阻力，也就是特性阻抗带来的阻力。

理论上，

每一米传输线的特性阻抗都是均匀的，就像悬浮在太空中的一根弹簧，除了弹簧自身的弹性力，没有额外的力量会影响它。当你用手从弹簧的一端推动或者拨动它，以便输入一个能量，就会像下图这样，以波的形式把能量从一端传到另一端。高频信号在传输线中也是以类似这样的波动来传输能量的。

弹簧上的纵波与横波

加在传输线导体一端的入射波，不会瞬间传到另一端，会像弹簧上的波一样“缓慢地”传递，尤其是传输线的长度远大于波长的时候，这个现象会更明显。

当你用手从弹簧的一端推动或者拨动它，会感受到一个阻力，这是弹簧自身的弹性力导致的，这个阻力就如同传输线的特性阻抗对输入信号形成的阻力一样。

如果特性阻抗和弹性力都是理想均匀的，那么它对波的传递几乎是无损的，不会发生反射和能量耗散，能最大限度地传递波的能量。

这种均匀阻抗的感觉，就像是开车走在平静湖面的等宽浮桥上，如下图，浮桥被压下沉后，在车轮前方形成一个上坡阻力，如果湖面平静浮桥等宽不变，这个上坡阻力将是恒定的，不用变油门就能轻松通过浮桥，但是如果，某处浮桥的宽度突变，或者到达了终点，浮力的突变引起上坡阻力（相当于同轴特性阻抗）突变，就要改变油门才能跨越浮力的变化，能量耗散和反射就发生了。这种浮力的变化，自己脑补一下，或者有机会亲自上下浮桥体验一把浮力变化带来的能量耗散和反射。

开车走在平静湖面的等宽浮桥上

这就是为什么制造传输线时努力追求特性阻抗均匀的原因。

事实上，

无论传输线还是弹簧，都是无法理想均匀的，所以，每一米传输线的特性阻抗并不完全相等，而每一节弹簧的弹力也并不完全相等。

这些不相等的阻抗，就像下图这样，当光波穿越玻璃和空气时，由于介质不同，特性阻抗发生了变化，玻璃里传输的光会因为特性阻抗的改变，导致部分透射部分反射，透射过去的光能量已经受到衰减，如果玻璃里的光载有信息，反射光和入射光混合在一起，就会难以分辨。

所以，

我们除了尽力保证传输线特性阻抗均匀降低自身损耗与反射的同时，还会在发射机与馈线之间，以及馈线与天线之间去做阻抗匹配。目的就是让波在跨越载体的时候阻力不变，减少反射和能量耗散。

当波在跨越载体的时候阻力变化很大很突然，就会有明显的反射和能量耗散，这就像弹簧的终端固定在墙上波遇到墙体后一部分能量被墙体吸收一部分反射回来一样。这个实验比较容易理解和实现，有兴趣的朋友可以找一个弹簧试试看。

如果我的比喻不是很贴切或者有错误，还请大家在评论区指正，我会及时改正。

同轴电缆特性阻抗的测试方法

特性阻抗的测试方法还是蛮多的，有些需要用到专用仪器才能测量，有些则可以在业余条件下用示波器和信号源测量。

下面我收集整理了一些特性阻抗的测试方法作为笔记存档。

这些测试方法目前我还没有实际测试验证，如果其中有错误，请大家在验证以后指出错误。

未来在我具备相应设备和条件的情况下，会对这些方法进行验证并与大家分享。

用VNA测量

分别测量一段电长度45°左右的同轴电缆，测出开路、短路的阻抗，相乘之后开根号得到特性阻抗。

用LC电桥测量

这个方法比较简单，用来测量的同轴电缆长度需要小于电桥测试频率对应波长的1%。

用驻波表测量

这个方法只能测量阻抗大于50欧姆的同轴电缆，精度不是很高，可以用来估算和确定同轴电缆的种类。

用TDR测量

这个方法对设备要求比较低，用一个脉冲发生器（可以自制）向同轴电缆里打入一个脉冲，然后用示波器观察反射波，在同轴电缆终端接入负载电阻，调整负载电阻大小直到消除反射波，此刻负载电阻值就是特性阻抗。

下面的方法是一个视频设备厂家分享的方法。

原文地址 http://www.pna.com.cn/ShowNews.asp?ID=20

为了避免以后链接不可用，我把内容转成了下面这些图片保存起来。

我是‘机电匠’下期见。

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