关于传输线阻抗的那些概念你都知道吗

传输线阻抗

先来澄清几个概念，经常会看到阻抗，特性阻抗，瞬时阻抗，严格来讲，他们是有区别的，但是万变不离其宗，它们仍然是阻抗的基本定义。

将传输线始端的输入阻抗简称为阻抗

将信号随时遇到的及时阻抗称为瞬时阻抗

如果传输线具有恒定不变的瞬时阻抗，就称之为传输线的特性阻抗

特性阻抗描述了信号沿传输线传播时所受到的瞬态阻抗，这是影响传输线电路中信号完整性的一个主要因素。如果没有特殊说明，一般用特性阻抗来统称传输线阻抗

简单的来说，传输线阻抗可以用上面的公式来说明，但如果往深里说，我们就要分析信号在传输线中的行为，Eric Bogatin 博士在他的着作《Signal Integrity ：Simplified》里面有很详细的说明，读者可以找原着来进行细究，这里只做一个简述：

当讯号沿着一条具有同样横截面的传输线移动时，假定把1V的阶梯波（step function）加到这条传输线中（如把1V的连接到传输线的发送端，电压跨在发送线和回路之间），一旦连接，这个电压阶梯波沿着该线以光速传播，它的速度通常约为6英寸/ns。这个信号是发送线路和回路之间的电压差，它可以从发送线路的任何一点和回路的相临点来衡量。

讯号能量在第一个0.01ns前进了0.06英寸，这时发送线路有多余的正电荷（由电池提供），而回路有多余的负电荷，正是这两种电荷差维持着这两个导体之间的1V电压差，且这两个导体间也形成了一个电容器。在下一个0.01ns中，又要将下一段0.06英寸传输线的电压从0调整到1V，这必须再加一些正电荷到发送线路，与加一些负电荷到接收线路。每移动0.06英寸，必须把更多的正电荷加到发送线路，而把更多的负电荷加到回路。

每隔0.01ns，必须对传输线路的另外一段进行充电，然后信号开始沿着这一段传播。电荷来自传输线前端的电池，当讯号沿着这条线移动时，就给传输线的连续部份充电，因而在发送线路和回路之间形成了1V的电压差。

每前进0.01ns，就从电池中获得一些电荷（±Q），恒定的时间间隔（±t）内从电池中流出的恒定电量（±Q）就是一种恒定电流。流入回路的负电流实际上与流出的正电流相等，而且正好在信号波的前端，交流电流藉由上、下线路组成的电容，结束整个循环过程。

传输线阻抗和频率的关系

传输线的阻抗和频率之间存在一定的关系。在理想情况下，传输线的阻抗应该保持恒定，不受频率的影响。然而，在实际情况下，传输线的阻抗会随着频率的变化而发生变化。

传输线的阻抗取决于多个因素，包括传输线的物理结构、传输介质的特性以及信号传输的频率。以下是几个常见的情况：

1. 低频情况下：在低频下，传输线的阻抗往往趋于恒定。这是因为低频信号的波长相对较长，与传输线物理尺寸相比较小，传输线中的反射和干扰相对较少。因此，在低频范围内，传输线的阻抗一般会接近设计时的目标阻抗。

2. 高频情况下：在高频下，传输线的阻抗可能发生变化。这是由于高频信号的波长相对较短，与传输线物理尺寸比较接近，传输线中的反射和干扰效应更为显著。导致阻抗变化的因素包括传输线的电容、感性和电导等特性。

a. 电容效应：在高频下，传输线的电容特性开始显现。电容会导致信号的频率依赖性，使得信号在传输线上传播时速度变化，进而影响传输线的阻抗。

b. 感性效应：在高频下，传输线的感性特性也变得更为显著。感性会导致信号在传输线上发生回流和相位延迟，这也会影响传输线的阻抗。

c. 电导效应：高频下，传输线的电导特性可能会导致信号的功率损耗。功率损耗会改变传输线的阻抗。

在高频范围内，传输线的阻抗会发生变化，这可能会导致信号传输的失真和干扰。为了保持传输线的阻抗一致性，设计和选择合适的传输线以及使用补偿和校正技术是很重要的。

审核编辑：黄飞