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同軸線纜特性阻抗的介紹及測量

2019-11-18 20:49:48·  來源：羅森伯格汽車電子  作者：黃文斌  
　
大家好，本期將為大家介紹一下在FAKRA產(chǎn)品定制時經(jīng)常會提到一個重要的參數(shù)：特性阻抗。讓我們閑話少敘，進入今天的文章吧。特性阻抗是長線傳輸中的概念，通常用
大家好，本期將為大家介紹一下在FAKRA產(chǎn)品定制時經(jīng)常會提到一個重要的參數(shù)：特性阻抗。讓我們閑話少敘，進入今天的文章吧。
 
特性阻抗是長線傳輸中的概念，通常用來衡量高頻領(lǐng)域下系統(tǒng)的對信號的傳輸能力大小。
 
對于低頻線路，根據(jù)歐姆定律：R=U/I 。在高頻下，還需要計算信號的波動性，反映傳輸線任一點特性的參量為反射系數(shù)τ和特性阻抗Z，因為傳輸線上的阻抗不可能始終為一個恒定的值，即阻抗不連續(xù)，在這些阻抗變化的點就會產(chǎn)生波的反射，任意傳輸線上的波均是由入射波和反射波的疊加組成，區(qū)別在于入射波與反射波成分的不同。因此，傳輸線有兩種極限狀態(tài)：
 
1. 無反射波，反射系數(shù)=0，稱之為行波狀態(tài)或匹配；
2. 全反射，反射系數(shù)模=1，稱之為駐波狀態(tài)。
傳輸線上任意點Z’上的反射系數(shù)τ(z’)與特性阻抗Z(z’)的關(guān)系如下：
其中：
Z0：負載阻抗
傳輸線上任一點都可以等效為一段匹配線路與一個阻抗為Z’的負載，特性阻抗即為負載上入射波電壓與入射波電流之比，類似地，特性阻抗也等于反射波電壓與反射波電流之比：
根據(jù)阻抗計算公式：
其中：
Z：特性阻抗
R：電阻
L：電感
G：電導(dǎo)
C：電容
j：復(fù)數(shù)虛部
w：2πf（f=頻率）
可知特性阻抗是一個與頻率相關(guān)的復(fù)數(shù)。
FAKRA匹配的線路為同軸線纜，在實際應(yīng)用中，同軸線纜的阻抗可以按如下公式計算：
其中：
Z：特性阻抗
εr：絕緣體的相對介電常數(shù)
D：外導(dǎo)體內(nèi)徑
d：內(nèi)導(dǎo)體外徑
可以通過調(diào)節(jié)連接器及線纜的結(jié)構(gòu)及材質(zhì)來限制特性阻抗，但FAKRA連接器的導(dǎo)體與線纜需要通過壓接裝配在一起，這勢必會導(dǎo)致連接部位的尺寸變化，因此對于完整的線纜組件，我們也需要驗證其特性阻抗是否滿足也在規(guī)定的范圍之內(nèi)。
阻抗特性測試使用“時域反射法”，特性阻抗分析儀本質(zhì)上是“高速脈沖源+高寬帶取樣示波器”模塊的有機結(jié)合并輔以復(fù)雜的校準(zhǔn)算法。
如下圖所示，測試時通過帶寬測試探頭向被測線纜組件輸入高速脈沖信號，取樣接頭接受反射信號，采樣得到其反射電壓，因為入射的階躍脈沖的幅度是已知的，這樣就可以計算出被測線路的反射系數(shù)τ，而儀器的輸出阻抗為50Ω，根據(jù)上述公式，可以計算出反射點的特性阻抗值Z。
羅森伯格實驗室現(xiàn)在使用的測試儀器為Keysight公司(是德科技)的E5071C TDR矢網(wǎng)分析儀，測試范圍可達300KHz~20GHz，可以滿足SAE/USCAR-2, ISO 20860, LV214,等各類汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)測試要求。

 
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