設(shè)計(jì)電路板時(shí)為何要阻抗匹配？

電纜阻抗是如何定義的？ 電纜的特性阻抗是電纜中傳送波的電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度之比。（伏特/米）/（安培/米）=歐姆 歐姆定律表明，如果在一對(duì)端子上施加電壓（E），此電路中測(cè)量到電流（I），則可以用下列等式確定阻抗的大小，這個(gè)公式總是成立： Z = E / I 無(wú)論是直流或者是交流的情況下，這個(gè)關(guān)系都保持成立。 特性阻抗一般寫(xiě)作Z0（Z零）。如果電纜承載的是射頻信號(hào)，并非正弦波，Z0還是等于電纜上的電壓和導(dǎo)線(xiàn)中的電流比。所以特性阻抗由下面的公式定義： Z0 = E / I 電壓和電流是有電纜中的感抗和容抗共同決定的。所以特性阻抗公式可以被寫(xiě)成后面這個(gè)形式： 其中 R=該導(dǎo)體材質(zhì)（在直流情況下）一個(gè)單位長(zhǎng)度的電阻率，歐姆 G=單位長(zhǎng)度的旁路電導(dǎo)系數(shù)（絕緣層的導(dǎo)電系數(shù)），歐姆 j=只是個(gè)符號(hào)，指明本項(xiàng)有一個(gè)+90''的相位角（虛數(shù)） π=3.1416 L=單位長(zhǎng)度電纜的電感量 c=單位長(zhǎng)度電纜的電容量 注：線(xiàn)圈的感抗等于XL=2πfL，電容的容抗等于XC=1/2πfL。從公式看出，特性阻抗正比于電纜的感抗和容抗的平方根。 對(duì)于電纜一般所使用的絕緣材料來(lái)說(shuō)，和2πfc相比，G微不足道可以忽略。在低頻情況，和R相比2πfL微不足道可以忽略，所以在低頻時(shí)，可以使用下面的等式： 注：原文這里是Zo = sqrt ( R / (j * 2 * pi * f * L)) 應(yīng)該是有個(gè)筆誤。阻抗不應(yīng)該是反比于感抗.實(shí)際上低頻時(shí)應(yīng)該是電阻和容抗占主導(dǎo)地位。 如果電容不跟隨頻率變化，則Z0和頻率的平方根成反比關(guān)系，在接近直流的狀態(tài)下有一個(gè)-45''的相位角，當(dāng)頻率增加相位角逐漸減少到0''。當(dāng)頻率上升時(shí)，聚氯乙烯和橡膠材料會(huì)稍微降低電容，但聚乙烯，聚丙烯，特氟綸（聚四氟乙烯）的變化不大。 當(dāng)頻率提高到一定程度（f足夠大），公式中包含f的兩項(xiàng)變的很大，這時(shí)候R和G可能可以被忽略。等式成為 簡(jiǎn)化成 高頻下的電纜性質(zhì) 在高頻下您不能把電纜視作一條簡(jiǎn)單的電纜。在此時(shí)它是波導(dǎo)。特性阻抗是為電磁波而設(shè)立的電阻系數(shù)。故此阻抗負(fù)責(zé)描述高頻下電纜的狀態(tài)。高頻通常用100kHz以上的頻率傳輸（當(dāng)然能否高頻傳輸取決于電纜）。 如果您在電纜一端輸入合適頻率的正弦交流信號(hào)，信號(hào)以電波的形式傳播過(guò)電纜。 如果電纜的長(zhǎng)度和該交流信號(hào)頻率的波長(zhǎng)相比是個(gè)很大的數(shù)字的話(huà)（注:即電纜長(zhǎng)度是波長(zhǎng)的很多倍），在傳送過(guò)程中可以測(cè)量AC的電壓和電流比，這個(gè)比值叫做這條電纜的特性阻抗。 實(shí)際上電纜的特性阻抗由電纜的幾何形狀和絕緣部分決定的。電纜的長(zhǎng)度不影響電纜的特性阻抗。 注：就是說(shuō)使用多數(shù)絕緣材料電容不會(huì)起變化。而電感量L的定義公式為 L = μ(N^2/I)S μ = 介質(zhì)磁導(dǎo)率 N = 線(xiàn)圈匝數(shù) I = 線(xiàn)圈長(zhǎng)度 S = 線(xiàn)圈橫截面積 可以看出，電感量只和材質(zhì)及幾何形狀有關(guān)，和頻率無(wú)關(guān)。所以在f足夠高的情況下，特性阻抗和頻率沒(méi)有關(guān)系了。頻率再高，特性阻抗都等于電感量除以電容量的平方根。（實(shí)際上特性阻抗等于感抗容抗乘積的平方根，由于在乘積中約除了有關(guān)頻率部分，所以有些資料中說(shuō)特性阻抗和頻率無(wú)關(guān)，實(shí)際上應(yīng)該是在足夠高頻的情況下，特性阻抗和頻率無(wú)關(guān)） 同軸電纜的模型是怎么樣的？ 同軸電纜可以表示為分布的串聯(lián)電感和分布的并聯(lián)電容，一種不對(duì)稱(chēng)的過(guò)濾裝置排列起來(lái)，特定的電纜有唯一的值。如果給定某個(gè)頻率，而且這個(gè)頻率合適，這套過(guò)濾裝置可以最大化地傳遞信號(hào)；如果頻率再提高的話(huà)，這套裝置會(huì)削弱信號(hào)。 注：這段信息很有意思，考慮一下，特性阻抗沒(méi)有變化，而信號(hào)卻減弱了！為什么會(huì)這樣？唯一的合理解釋?zhuān)褪窃陔娎|的接收端電壓和電流都減弱了，而且是按照相同的比例減弱的。下面畫(huà)出一張傳輸線(xiàn)分布參數(shù)的草圖，這個(gè)理論是無(wú)線(xiàn)電工業(yè)的工程工具之一，在這個(gè)理論中線(xiàn)長(zhǎng)可以變動(dòng)，可以使用復(fù)數(shù)源，和復(fù)數(shù)的終端阻抗。實(shí)際上阻抗這個(gè)詞代表有實(shí)部和虛部。