同軸傳輸線(xiàn)-特性阻抗選擇

2017-08-11  by:CAE仿真在線(xiàn)  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

同軸線(xiàn)是由內(nèi)、 外同軸的兩導(dǎo)體柱構(gòu)成, 中間為支撐介質(zhì), 如上圖所示。其中, 內(nèi)、外半徑分別為a和b, 填充介質(zhì)的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)分別為μ和ε。其特性阻抗的選擇主要有以下三方面因素:

1.耐壓最高時(shí)的特性阻抗

當(dāng)外導(dǎo)體接地, 內(nèi)導(dǎo)體接上的電壓為Um, 則內(nèi)導(dǎo)體表面的電場(chǎng)為:

為達(dá)到耐壓最大, 設(shè)Ea取介質(zhì)的極限擊穿電場(chǎng), 即Ea=Emax, 故:

max取極值, 可得b/a=e(數(shù)學(xué)常量)時(shí)固定外導(dǎo)體半徑的同軸線(xiàn)達(dá)到最大電壓。此時(shí)同軸線(xiàn)的特性阻抗為:

限制傳輸功率的因素是內(nèi)導(dǎo)體的表面電場(chǎng),由同軸線(xiàn)傳輸功率計(jì)算公式:

求Pmax最大值, 可得當(dāng)x為以下值時(shí),Pmax值最大。

相應(yīng)的特性阻抗為:

當(dāng)同軸線(xiàn)中填充空氣時(shí), 相應(yīng)于傳輸功率最大時(shí)的特性阻抗為30Ω。

3. 傳輸衰減最小時(shí)的特性阻抗

同軸線(xiàn)的損耗由導(dǎo)體損耗和介質(zhì)損耗引起, 由于導(dǎo)體損耗遠(yuǎn)比介質(zhì)損耗大, 這里我們只討論導(dǎo)體損耗的情形。設(shè)同軸線(xiàn)單位長(zhǎng)電阻為R, 而導(dǎo)體的表面電阻為Rs, 兩者之間的關(guān)系為:

c為:

c 最小, 則應(yīng)滿(mǎn)足 b/a = 3.59, 此時(shí)特性阻抗為:

小結(jié):

在不同的使用要求下, 同軸線(xiàn)應(yīng)有不同的特性阻抗。實(shí)際使用的同軸線(xiàn)的特性阻抗一般有50Ω和75Ω兩種。

• 50Ω的同軸線(xiàn)兼顧了耐壓、功率容量和衰減的要求, 是一種通用型同軸傳輸線(xiàn);

• 75Ω的同軸線(xiàn)是衰減最小的同軸線(xiàn), 它主要用于遠(yuǎn)距離傳輸。

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