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首頁(yè) > 數(shù)據(jù) 高頻線纜
[技術(shù)資料] 特性阻抗(不用下載)
P:2007-07-04 14:37:39
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我是先花金子下的,再貼出來(lái)給大家共用,是一番好意,請(qǐng)?jiān)鞫疾桓嫖仪謾?quán).呵呵
特性阻抗
一、概述
在現(xiàn)在各類(lèi)型號(hào)的數(shù)據(jù)電纜生產(chǎn)中，最重要也是最基本的四個(gè)參數(shù)：特性阻抗（IMPEDANCE）、衰減（ATTENUATION）、近端串音（NEAR-END CROSSTALK）、結(jié)構(gòu)回波損耗（SRL）。相比之下，這四個(gè)參數(shù)中最難控制應(yīng)是特性阻抗，尤及對(duì)于特殊的多工序控制的數(shù)據(jù)纜，如阻水五類(lèi)纜（UTP-ZS）、屏蔽五類(lèi)纜（FTP）等。怎樣使其與衰減達(dá)到平衡，怎樣使其波動(dòng)范圍控制在100+15Ω之內(nèi)。本文主要是從理論和實(shí)際操作中的經(jīng)驗(yàn)所得來(lái)對(duì)特性阻抗的控制進(jìn)行分析。（由于數(shù)據(jù)電纜屬典型的對(duì)稱(chēng)通信電纜，所以以下所有的計(jì)算都基于理想的對(duì)稱(chēng)回路）
二、計(jì)算
（一）、特性阻抗數(shù)值（ZC）的理論計(jì)算：
ZC=（R2+ω2L2/ G2+ω2C2）1/4其中的R、G、L、C為線路的一次傳輸參數(shù)（單個(gè)回路的電阻、電導(dǎo)、電感、電容）。由于數(shù)據(jù)纜的應(yīng)用環(huán)境為100MHz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于30KHz，屬高頻范圍，所以有ωL》R，ωC》G，故有ZC=（R2+ω2L2/ G2+ω2C2）1/4≈（ω2L2/ω2C2）1/4=（L/C）1/2，由以上式中可以看出要想算出ZC，只要知道L、C就可以了。
（二）、孤立回路電感（L）的理論計(jì)算：
當(dāng)回路通以交流電后，則在回路的導(dǎo)電線芯中和回路周?chē)a(chǎn)生磁通Ф，導(dǎo)電線芯內(nèi)的叫內(nèi)磁通，導(dǎo)電線芯外的叫外磁通。電感為磁通Ф與引起磁通的電流I之比，所以相應(yīng)的內(nèi)外磁通亦有內(nèi)外電感（L內(nèi)和L外），總電感為L=L內(nèi)+L外。
L內(nèi)為導(dǎo)線內(nèi)部的磁通與流過(guò)導(dǎo)線的電流之比所決定的。它的計(jì)算公式可在求二孤立導(dǎo)線有效電阻時(shí)，其復(fù)數(shù)功率的虛部來(lái)求得。其計(jì)算公式如：L內(nèi)=Q（x）*10-4（亨/公里）
L外是導(dǎo)線外（與回路本身所交鏈的）磁通與流過(guò)被交鏈導(dǎo)線中電流之比，即L外=Ф/I�；芈返拇艌�(chǎng)分布如圖1所示�；芈穬蓪�(dǎo)線中，由導(dǎo)線α電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度為Hα=I/2πr，由導(dǎo)線b中電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度為Hb=I/2π（α-r），由圖1中可以看出H=Hα+Hb=I（1/r+1/(α-r)）/2π,由此L外可由式L=μH/I求得。
L外=∫rαα-rb [I（1/r+1/(α-r)）/2π]dr/I
回路兩導(dǎo)線rα=rb=d/2，則L外=μln((2α-d)/d)/ 2π。由于回路中間為非磁性介質(zhì)，μ=μrμ0=4π*10-7亨/米，則有
L外=4 ln((2α-d)/d)* 10-7亨/米
或 L外=4 ln((2α-d)/d)* 10-4亨/公里
由以上可以得出回路的總電感為
L=L內(nèi)+L外=λ[4 ln((2α-d)/d)+ Q（x）] * 10-4亨/公里 (1)
式中：１、λ—總的絞合系數(shù)；
２、α—回路兩導(dǎo)線中心間距離（毫米）；
3、d —導(dǎo)電線芯直徑（毫米）；
4、Q（x）—為x=Kd/2的特定函數(shù)，其值隨頻率的增加而減少，當(dāng)在高頻時(shí)接近為零。
由式（1）中分析可以看出外電感決定于導(dǎo)電線芯的直徑和導(dǎo)電線芯間的距離，內(nèi)電感決定導(dǎo)電線芯本身的特性（如導(dǎo)線直徑、材料的磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率）和傳輸電流的頻率，還有他倆也都和絞合的情況有關(guān)。
［江南狼 在 2007-7-9 14:42:51 編輯過(guò)］
ladder structure - 梯形結(jié)構(gòu) （0） 投訴
P:2007-07-04 14:38:11
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回路的電容和一般電容器的電容相似，兩根導(dǎo)線相當(dāng)于兩個(gè)極板，導(dǎo)線間的絕緣相當(dāng)于電容器極板間的介質(zhì)。因此導(dǎo)線上帶有的電荷的電量Q與兩導(dǎo)線間的電位差U之比，為該回路的電容，即C=Q/U。
孤立二導(dǎo)線間的工作電容。兩導(dǎo)線的圖可參照?qǐng)D1，導(dǎo)線α上的電荷Q在距導(dǎo)線α為r點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度Eα=Q/2πrε,導(dǎo)線b上的電荷Q在同一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為Eb=Q/2π(α-r)ε。則該點(diǎn)的總的電場(chǎng)強(qiáng)度為E= Eα+ Eb=Q（1/r+1/(α-r)）/2πε。因此回路間的電位差：
U=∫rαα-rb Edr=Q∫rαα-rb [（1/r+1/(α-r)）/2πε]dr
=Ｑ[ln(α-rb)/ rα-lnrb/(α- rα)]/ 2πε
回路中兩導(dǎo)線rα＝rb＝d/2，則有Ｕ＝Ｑ[ln(2α-d)/d]/ πε
則孤立回路的工作電容為：
Ｃ＝Ｑ／Ｕ＝πε／[ln(2α-d)/d]
把ε＝εrε0=εr/（36π*109）法／米，代入上式可得：
Ｃ＝εr*10－９／[３６ln(2α-d)/d]（法／米）
或 �。茫�εr*10－６／[３６ln(2α-d)/d]（法／公里） （2）
計(jì)算機(jī)教程數(shù)據(jù)電纜中特性阻抗的解析來(lái)自www.--itwen.comIT WEN計(jì)算機(jī)教程網(wǎng)
式中：１、εr—組合絕緣介質(zhì)的等效相對(duì)介電常數(shù)；
２、α—回路兩導(dǎo)線中心間距離（毫米）；
3、d —導(dǎo)電線芯直徑（毫米）；
由式（2）分析可以看出Ｃ與導(dǎo)電線芯直徑、線間距離和絕緣介質(zhì)有關(guān)。
綜合以上的Ｌ和Ｃ的計(jì)算值可以得出：
ZC=（L/C）1/2＝｛λ[4 ln((2α-d)/d)+ Q（x）] * 10-4／［εr*10－６／[３６ln(2α-d)/d]］｝１／２
由于數(shù)據(jù)纜工作在高頻下，所以有Ｑ（x）≈0，故有
ZC= ｛４λ ln((2α-d)/d)* 10-4／［εr*10－６／[３６ln(2α-d)/d]］｝１／２＝１２０（λ／εr）１／２ln((2α-d)/d) （3）
三、分析
從以上計(jì)算公式看來(lái)，在其它情況均理想的狀態(tài)下，由于一般的標(biāo)準(zhǔn)中都規(guī)定導(dǎo)體的直徑d=24AWG，而且從實(shí)際情況中看來(lái)，此d值也是最理想值，所以d可以看成不變值。這樣從上式看來(lái)影響特性阻抗值的只有外徑（外徑可以看成和導(dǎo)線間距α相等）、總的絞合系數(shù)（λ）、組合絕緣介質(zhì)的等效相對(duì)介電常數(shù)（εr）。而且，ZC正比于α和λ，反比于εr。所以只要控制好了α、λ、εr的值，也就能控制好了ZC。
以上只是從理想狀態(tài)中分析ZC。而實(shí)際生產(chǎn)控制中，單線導(dǎo)體和外徑的均勻性對(duì)ZC的波動(dòng)也是很重要，所以要想生產(chǎn)出合格的數(shù)據(jù)纜，必須需要一臺(tái)串聯(lián)生產(chǎn)線；第二、三道工序絞對(duì)和成纜的節(jié)距及節(jié)距的穩(wěn)定性，對(duì)ZC也有很大影響，一般來(lái)說(shuō)節(jié)距越小ZC越小，穩(wěn)定性也越好，ZC的波動(dòng)越小。還有一些特殊的數(shù)據(jù)纜如阻水五類(lèi)纜和屏蔽五類(lèi)纜的阻水帶和屏蔽層的松緊度及松緊的均勻性、厚度等也會(huì)很大程度的影響ZC。最后還有一點(diǎn)，生產(chǎn)工序的增加，也會(huì)降低ZC特性，所以要在保證要求的情況下盡量減少工序。
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