大師這樣解釋“特性阻抗”“阻抗匹配”太牛了！

bxud 2018-05-05

展開全文

人認識事物總是有一個過程，一般都是從具體到抽象。認識特性阻抗也是一樣的，在我們認識特性阻抗之前，先認識跟特性阻抗比較相關(guān)的一個物理量—電阻。

電阻是一個實實在在的物理元器件，通過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

我們通過一個具體的電路來分析這三者之間的具體關(guān)系，請看下面的一張最簡單的電路圖。這個電路圖只有一個電源一個電阻和一些導(dǎo)線組成。

當(dāng)然這個電阻的阻值也可以通過用萬用表來直接測量。

特性阻抗就不一樣了，用萬用表測量一根50歐姆特性阻抗時，將會發(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，不是一個東西。

電阻這個物理量大家都懂，這里就不解釋了。我們來分析一下這個特性阻抗到底是何方神圣，是在什么條件下才會用這個東西的。

其實特性阻抗是和射頻緊密相隔的一個物理量，在認識特性阻抗之前先認識一下射頻。我們知道電臺，手機通訊信號，wifi等都是向外部發(fā)射信號能量的裝置，也就是說能量是從天線射出去，能量不再回來到天線了，可以想像就像機槍向外面掃射一樣，子彈打出去就不回來了。

好了，明白射頻這個東西之后，我們再來到具體的傳輸射頻能量的導(dǎo)線上面來。導(dǎo)線上面?zhèn)鬏數(shù)纳漕l信號也是一樣的，希望它傳過去就不要反傳回來了，要是有能量反傳回來就說明傳輸?shù)男Ч盍恕?/span>

為了更具體的說明特性阻抗這個東西我這里打一個比方：

同一個電路板上面有2根導(dǎo)線（假設(shè)都是很長的兩根線，你能想像它有多長就有多長），因為同一個板，那么2根導(dǎo)線的銅皮厚度都是一樣的。兩根導(dǎo)線，長（無限長）和厚度是一樣的，只能唯一不同的是寬度了，假設(shè)1號導(dǎo)線寬度是1（單位），2號導(dǎo)線是2（單位）。也就是說2號線寬度是1號線的兩倍。

下面的圖可以具體看到兩根導(dǎo)線的示意圖。

如上圖所示，假如同時都接的是一樣的射頻發(fā)射源，同樣的一小段時間T，那么我們看看這兩根導(dǎo)線會有什么區(qū)別。同一個發(fā)射源，那么兩根線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，實際比光速少）。

唯一不同的是線寬，而2號線的線比1號線寬一倍，那么2號線需要1號線2倍的電量來填滿多出的線寬面積(其實是導(dǎo)線銅皮與底面產(chǎn)生的電容效應(yīng))。也就是說： Q2=兩倍的Q1

因為 i = Q/T （射頻電流=電量/時間），那么可以知道2號線的射頻電流是1號線的兩倍（因為時間是一樣的，2號線電量是1號線的兩倍）。

好了，我們知道了 i2=兩倍的i1

到了這里，我們找出個神秘的特性阻抗就不遠了，為什么呢，因為我們知道電阻=電壓/電流。其實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號線的特性阻抗只有1號線的一半！

這就是我們所說的線越是寬，特性阻抗越小。

上面是我舉個例子說明特性阻抗與電阻的區(qū)別，以及為什么同樣一個板子，特性阻抗與線寬有關(guān)系，與長度沒有關(guān)系。

實際上影響特性阻抗的因素很多，包括材料，導(dǎo)線與底板地間距等等很多因素相關(guān)。

導(dǎo)線的特性阻抗用通俗的話來描述（只是比喻），就是導(dǎo)線對其上面?zhèn)鬏數(shù)纳漕l能量阻礙力的大小。

認識傳輸線的反射

上面我們是假設(shè)導(dǎo)線是無限長的，而實際上的導(dǎo)線長度是有限。當(dāng)射頻信號到達導(dǎo)線末端，能量沒有辦法釋放，就會沿著導(dǎo)線反傳回來。就跟我們對著墻喊，聲音碰到墻反傳回來產(chǎn)生回音。也就是說我們想像中的射頻信號發(fā)射出去就沒有反射回來的情況在現(xiàn)實是不存在的。