解析特性阻抗課件

解析特性阻抗

CharacteristicResistance特性阻抗的定義對(duì)稱電纜的特性阻抗計(jì)算三.影響對(duì)稱電纜特性阻抗的因素四.同軸電纜的特性阻抗計(jì)算五.影響同軸電纜特性阻抗的因素六.NBCable特性阻抗控制的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析目錄一、特性阻抗（Zc）的定義

特性阻抗是指當(dāng)電纜無(wú)限長(zhǎng)時(shí)該電纜所具有的阻抗，是阻止電流通過(guò)導(dǎo)體的一種電阻名稱，它不是常規(guī)意義上的直流電阻。一條電纜的特性阻抗是由電纜的電導(dǎo)率、電容以及阻值組合后的綜合特性。假設(shè)一根均勻電纜無(wú)限延伸，其發(fā)射端在某一頻率下的阻抗稱為特性阻抗(CharacteristicImpedance)。它由諸如導(dǎo)體的集合尺寸、導(dǎo)體間的中心距離、傳輸線本身的結(jié)構(gòu)、電纜絕緣材料的介電常數(shù)等因素決定，與數(shù)據(jù)傳輸線的長(zhǎng)短無(wú)關(guān)。數(shù)據(jù)傳輸線的瞬間阻抗或者是特征阻抗是影響信號(hào)品質(zhì)及完整性的最重要的因素。如果信號(hào)傳播過(guò)程中，相鄰的信號(hào)傳播間隔之間阻抗保持一致，那么信號(hào)就可以十分平穩(wěn)地向前傳播，因而情況變得十分簡(jiǎn)單。如果相鄰的信號(hào)傳播間隔之間存在差異，或者說(shuō)阻抗發(fā)生了改變，信號(hào)中能量的一部分就會(huì)往回反射，信號(hào)傳輸?shù)倪B續(xù)性也會(huì)被破壞，由此會(huì)帶來(lái)諸如回波損耗偏大、信號(hào)傳輸輻射增大、信號(hào)傳輸完整性不足等問(wèn)題。1.特性阻抗(Zc)的定義二、對(duì)稱電纜特性阻抗（Zc）的計(jì)算

其中：

Zc-特性阻抗a-兩導(dǎo)體的中心距(mm)d-中心導(dǎo)體的直徑(mm)εe-絕緣材料的等效介電常數(shù)

或2.1無(wú)屏蔽對(duì)稱電纜（UTP）的特性阻抗(Zc)：2.2屏蔽對(duì)稱電纜（STP）的特性阻抗(Zc)：或

其中：

Zc:特性阻抗a:兩導(dǎo)體的中心距(mm)d:中心導(dǎo)體的直徑(mm)Ds:屏蔽層內(nèi)徑(mm)εe:絕緣材料的等效介電常數(shù)

二、對(duì)稱電纜特性阻抗（Zc）的計(jì)算2.3對(duì)稱電纜中心導(dǎo)體為絞線結(jié)構(gòu)，屏蔽為編織的特性阻抗(Zc)：

其中：

Zc:特性阻抗a:兩導(dǎo)體的中心距(mm)d:中心導(dǎo)體的直徑(mm)Ds:屏蔽層內(nèi)徑(mm)εe:絕緣材料的等效介電常數(shù)K3：編織影響的經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù),取值為0.98-0.99K1：導(dǎo)體修正系數(shù),導(dǎo)體結(jié)構(gòu)修正系數(shù)K1與導(dǎo)體根數(shù)之間的關(guān)系:

絞線內(nèi)導(dǎo)體的導(dǎo)線根數(shù)N1371219內(nèi)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的修正系數(shù)K11.0000.8710.9390.9570.970絞線內(nèi)導(dǎo)體的導(dǎo)線根數(shù)N2737507090內(nèi)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的修正系數(shù)K10.9760.9800.9830.9860.988二、對(duì)稱電纜特性阻抗（Zc）的計(jì)算三、影響對(duì)稱電纜特性阻抗（Zc）的因素影響Zc的因素影響因素與Zc的變化關(guān)系比例關(guān)系影響因素的變化Zc的隨之變化等效介電常數(shù)↑↓反比↓↑導(dǎo)體直徑↑↓反比↓↑導(dǎo)體中心距↑↑正比↓↓對(duì)地距離↑↓反比↓↑對(duì)絞絞距↑↑正比↓↓3.1影響對(duì)稱電纜特性阻抗的因素及比例關(guān)系：三、影響對(duì)稱電纜特性阻抗（Zc）的因素3.1．導(dǎo)體直徑導(dǎo)體直徑的波動(dòng)會(huì)影響電感和電容的大小，進(jìn)而成為影響特性阻抗ZC

，這是不可忽視的因素。要想控制好導(dǎo)體直徑，模具的精度至關(guān)重要，拉絲出線模的直徑偏差一般應(yīng)控制在0.002mm以下，在設(shè)備運(yùn)行狀況良好的條件下，導(dǎo)體直徑偏差不可超0.003mm,只有這種精度才能夠滿足電纜對(duì)特性阻抗的要求。因此，在拉絲生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常關(guān)注拉絲機(jī)的運(yùn)行狀況及拉絲模精度的控制。另外還要嚴(yán)格控制好導(dǎo)體的退火狀態(tài)及其拉斷伸長(zhǎng)率，如果導(dǎo)體的退火過(guò)度，造成導(dǎo)體伸長(zhǎng)率過(guò)大，在后續(xù)加工過(guò)程中就難以控制和容易變形，所以導(dǎo)體伸長(zhǎng)率波動(dòng)范圍應(yīng)嚴(yán)格控制在小于±1.5％為宜。3.2．絕緣線芯外徑偏差和同心度絕緣線芯外徑偏差和同心度是絕緣單線生產(chǎn)過(guò)程中最不易控制因素，而絕緣線芯外徑的波動(dòng)和偏心會(huì)導(dǎo)致兩導(dǎo)線間距離的變化，這種變化的結(jié)果使特性阻抗ZC值發(fā)生變化，兩導(dǎo)線間距離變化越大特性阻抗ZC值波動(dòng)就越大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離標(biāo)稱值。絕緣層的厚度偏差應(yīng)控制在±0．03mm以內(nèi)，同心度不得小于95％。要想得到比較均勻的特性阻抗，就要保證生產(chǎn)出的絕緣線芯的絕緣厚度和同心度都很好。在生產(chǎn)時(shí)擠塑模具的選用也是非常重要的（因?yàn)閿D塑模具會(huì)給絕緣線芯外徑和偏心帶來(lái)直接的影響）三、影響對(duì)稱電纜特性阻抗（Zc）的因素3.3．屏蔽層的半徑屏蔽層距離大小對(duì)電感的影響也很大，因此，在屏蔽生產(chǎn)過(guò)程中,屏蔽層的質(zhì)量至關(guān)重要,導(dǎo)線與屏蔽層越靠近時(shí)，回路的電容就越大，相反，則越小，回路電容的或大或小會(huì)直接影響特性阻抗值。因此，縱包屏蔽或繞包屏蔽帶時(shí)要松緊適當(dāng)，屏蔽層的圓整性和一致性應(yīng)成為生產(chǎn)過(guò)程中控制的重點(diǎn)。另外，在對(duì)絞過(guò)程中,收放線張力的均勻性和線對(duì)節(jié)距的一致性也會(huì)對(duì)回路導(dǎo)線中心間的距離及線組直徑的大小有一定的影響。四、同軸電纜的特性阻抗（Zc）計(jì)算4.1同軸電纜的特性阻抗(Zc)：同軸電纜的一個(gè)回路是同軸對(duì),它是對(duì)地不對(duì)稱的.在金屬往管(稱為外導(dǎo)體)內(nèi)配置另一圓形導(dǎo)體(稱為內(nèi)導(dǎo)體),用絕緣介質(zhì)使兩者相互絕緣并保持軸心重合,這樣所構(gòu)成的線對(duì)稱同軸對(duì)。4.1.1.對(duì)于鋁箔斜包,縱包可近似看作是理想外導(dǎo)體,計(jì)算如下:或其中：εe:絕緣材料的等效介電常數(shù)D：外導(dǎo)體內(nèi)徑d：內(nèi)導(dǎo)體外徑由上式可以看出，同軸電纜特性阻抗只與導(dǎo)體直徑D和d以及導(dǎo)體間介質(zhì)的介電常數(shù)εr有關(guān)，而與饋線長(zhǎng)短、工作頻率以及線纜終端所接負(fù)載阻抗無(wú)關(guān)。4.1.2.編織外導(dǎo)體,絞線內(nèi)導(dǎo)體同軸電纜的特性阻抗計(jì)算如下: 四、同軸電纜的特性阻抗（Zc）計(jì)算或其中：D：外導(dǎo)體外徑d：內(nèi)導(dǎo)體外徑Dw：編織導(dǎo)體直徑

K1：導(dǎo)體結(jié)構(gòu)修正系數(shù)

由上式可以看出，同軸電纜特性阻抗只與導(dǎo)體直徑D和d、編織的導(dǎo)體直徑Dw以及導(dǎo)體間介質(zhì)的介電常數(shù)εr有關(guān)，而與饋線長(zhǎng)短、工作頻率以及線纜終端所接負(fù)載阻抗無(wú)關(guān)。五、影響同軸電纜特性阻抗（Zc）的因素影響Zc的因素影響因素與Zc的變化關(guān)系比例關(guān)系影響因素的變化Zc的隨之變化等效介電常數(shù)εe↑↓反比↓↑內(nèi)導(dǎo)體直徑d↑↓反比↓↑外導(dǎo)體內(nèi)/外徑D↑↑正比↓↓編織導(dǎo)體直徑Dw↑↑正比↓↓5.1影響同軸電纜特性阻抗的因素及比例關(guān)系：六.NBCable特性阻抗控制的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析UL10064FEP雙絞線特性阻抗：100±10ohmsUL10064FEP雙絞線特性阻抗：90±10ohms線材規(guī)格外被ODOD公差絞距(mm)線材規(guī)格外被ODOD公差絞距(mm)34#(7/0.06TC)*2C0.32mm±0.01mm3±1mm34#(7/0.06TC)*2C0.32mm±0.01mm3±1mm32#(7/0.08TC)*2C0.38mm±0.01mm4±1mm32#(7/0.08TC)*2C0.38mm±0.01mm4±1mm30#(7/0.10TC)*2C0.50mm±0.01mm5±1mm30#(7/0.10TC)*2C0.50mm±0.01mm5±1mm34#(19/0.04TC)*2C0.32mm±0.01mm3±1mm34#(19/0.04TC)*2C0.32mm±0.01mm3±1mm32#(19/0.05TC)*2C0.38mm±0.01mm4±1mm32#(19/0.05TC)*2C0.38mm±0.01mm4±1mm30#(19/0.06TC)*2C0.50mm±0.01mm5±1mm30#(19/0.06TC)*2C0.50mm±0.01mm5±1mm6.1典型NBCable用線的特性阻抗控制實(shí)驗(yàn)參