传输线特性阻抗基知识
传输线阻抗和长度的关系
传输线阻抗和长度的关系
（最新版）
目录
1.传输线阻抗的概念
2.传输线阻抗与长度的关系
3.传输线阻抗的影响因素
4.高频状态下的传输线特性阻抗
5.传输线的应用和挑战
正文
1.传输线阻抗的概念
传输线阻抗是指在信号传输过程中，传输线上单位长度的电压和电流之比。阻抗是反映传输线对交流信号的阻碍程度的物理量，单位为欧姆（Ω）。在电子电路中，传输线阻抗对信号传输质量和传输效率具有重要影响。
2.传输线阻抗与长度的关系
传输线阻抗与传输线长度成正比。具体而言，传输线阻抗的大小取决于传输线的材料、直径、长度以及传输线所处的频率范围等因素。在实际应用中，为了降低传输线阻抗，通常采用减小传输线长度、增加传输线截面积或选择低阻抗材料等方法。
3.传输线阻抗的影响因素
除了传输线长度之外，传输线阻抗还与其他因素密切相关。例如：- 传输线材料：不同的传输线材料具有不同的电阻率，因此会影响传输线的阻抗。常见的传输线材料包括铜、铝等。
- 传输线直径：传输线直径的增大会导致电阻减小，从而使得阻抗降
低。
- 传输线所处的频率范围：在高频状态下，传输线的阻抗主要由其特性阻抗决定。特性阻抗与传输线的长度、材料和直径等因素无关，而与传输线的自感和自容有关。
4.高频状态下的传输线特性阻抗
在高频状态下，传输线的特性阻抗主要受传输线自感和自容的影响。传输线的自感和自容与传输线的长度、材料和直径等因素有关。在实际应用中，为了减小传输线的特性阻抗，通常采用增加传输线的直径、减小传输线的长度或选择高导电率的材料等方法。
5.传输线的应用和挑战
传输线在电子设备和系统中具有广泛的应用，如信号传输、电源分配等。然而，随着电子技术的发展，传输线面临着越来越高的传输速率、越来越小的体积和越来越低的功耗等挑战。
第2章传输线理论
(2―2―5)中A1和A2为常数,其值决定于传输线的始端和 终端边界条件。通常给定传输线的边界条件有两种:一是
已知终端电压U2和电流I2;二是已知始端电压U1和电流I1。 下面分别讨论两种情况下沿线电压和电流的表达式。
第2章 传输线理论
(一)已知终端电压U2和终端电流I2
如 图 2―2―2 所 示 , 这 是 最 常 用 的 情 况 。 只 要 将
它是描写无耗传输线上每个微分段上的电压和电流的变
化规律,由此方程可以解出线上任意点的电压和电流以及
它们之间的关系。因此式(2―2―2)即为均匀无耗传输线
的基本方程。
第2章 传输线理论
二、均匀传输线方程的解
将式(2―2―2)两边对z微分得到
d
2U (z) dz 2
j L1
dI (z) dz
d
2I (z) dz 2
第2章 传输线理论
2―1 引言
传输微波能量和信号的线路称为微波传输线。微 波线种类很多,本章讨论微波 传输线(如双线、同轴线) 的基本理论。这些理论不仅适用于TEM 波传输线,而且 也是研究非TEM波传输线的理论基础。
第2章 传输线理论
研究传输线上所传输电磁波的特性的方法有两种。 一种是“场”的分析方法,即从麦氏方程出发,解特定边 界条件下的电磁场波动方程,求得场量( E和H)随时间和 空间的变化规律,由此来分析电磁波的传输特性;另一种 方法是“路”的分析方法,它将传输线作为分布参数来 处理,得到传输线的等效电路,然后由等效电路根据克希 霍夫定律导出传输线方程,再解传输线方程,求得线上电 压和电流随时间和空间的变化规律,最后由此规律来分 析电压和电流的传输特性。
pcb阻抗板‘特性阻抗;基础知识
5.2 TDR 由来已久
利用时域反射仪量测传输线的特性阻抗（Z０）值，此举并非新兴事物。早年即曾用以监视海底电缆（Submarine Cable）的安全，随时注意其是否发生传输质量上的“不连续（Disconnection）的问题。目前才逐渐使用于 高速计算机领域与高频通讯范畴中
TDR 用于海底电缆监视图
行（等于正压讯号反向的回归路径 Return Path），如此将可完成整体性的回路（Loop）系统。该“讯 号”前行中若将其飞行时间暂短加以冻结，即可想象其所遭受到来自讯号线、介质层与参考层等所 共同呈现的瞬间阻抗值（Instantanious Impedance），此即所谓的“特性阻抗”。
当电路板中的金属导线采用交流电进行信号传输时，所遇到的阻力称为阻抗 二、特性阻抗的计算方法
2．1 是故该“特性阻抗”应与讯号线之线宽（w）、线厚（t）、介质厚度（h）与介质常数（Dk）都扯 上了关系。此种传输线之一的微带线其图示与计算公式如下：
深圳顺易捷科技有限公司
Shenzhen ShunYiJie Technology Co., Ltd.
Z0：印刷导线的特性阻抗 εr：绝缘材料的介电常数
电流阻力/感抗（XL）/容抗（XC） 电流、更主要为高频信号 阻抗测试仪
gistered 深圳顺易捷科技有限公司技术部 UnRe 2012.08.08
UnReg 相对是较小的。如图 2 所示。
射频电路第3次课-1.7传输线及特性阻抗
1.7 射频传输线 射频信号可以通过无线信道传输，即自由空间 传输，也可以通过有线信道传输，即传输线传 输。无线信道介于无线收发信设备之间，属于 无线通信范畴，有专门的学科来研究其属性。 传输线介于收发信设备之间，以及介于设备内 部的各单元之间和元器件之间。射频传输线设 计是射频有线网络、射频微波工程、光纤通信 等工程的基础。 1.7.1 射频传输线的种类 射频传输线有波导(Waveguide)、同轴电缆 (Coaxial Cable)、平行线(Parallel line)、PCB微 带线(PCB Microstrip line)和带状线(PCB Strip line) 。
当平行线间距很大时特性阻抗最大，可以是单线对地 特性阻抗的两倍。当平行线之间的间距缩小时平行线 特性阻抗也降低。平行线之间的间距越小，它们之间 的阻抗也越低。 平行线线特性阻抗一般为100Ω，或75Ω。
•
•
3、PCB微带线和带状线 • 如图所示,印制电路板传输线的两个基本形式是微带 线和带状线。微带线由印制电路板一面的信号线与另 一面的接地平板构成。带状线的信号线夹在两个接地 平板之间。PCB通常使用强化玻璃环氧树脂作为绝缘 材料，例如 G10、FR-4 或 PTFE。 • 带状线与微带线相比，优点在于信号线位于两个接地 平板之间的夹层，接地板对信号线的围绕紧密。微带 线的信号线没有被接地板包围，产生的泄漏场使得微 带线难于分析。这些泄漏场减小了电路板的“有效” 介电常数，抬高了阻抗。这是因为一些场线穿过了空 气，而空气的介电常数是1，而典型的印制电路板材 料FR4为4.7。 • 微带线和带状线的特性阻抗Zo及电长度与信号线的 宽度、厚度、到接地板的距离和相对介电常数 er有关 。 • Zo及电长度的计算比较复杂，可用一些软件完成。
传输线理论基础知识..
当引入终端反射系数的概念后，式（2-11）可改写为
ห้องสมุดไป่ตู้
当频率提高到微波频段时，这些分布参数不可忽略。例如， 设双线的分布电感L1= 1.0nH/mm，分布电容C1= 0. 01 pF/mm。当 f=50Hz时，引入的串联电抗和并联电纳分别为Xl=314×10-3μΩ /mm和Bc= 3.14×10−12 S / mm。当f=5000MHz时，引入的串联电 抗和并联电纳分别为Xl=31.4Ω/mm 和Bc=3.14×10-4S/mm 。 由此可见，微波传输线中的分布参数不可忽略，必须加以考 虑。由于传输线的分布参数效应，使传输线上的电压电流不仅是 空间位置的函数。
1.1 传输线的基本概念
1.1.1 定义
传输线:是用来引导传输电磁波能量和信息的装置，例如：信
号从发射机到天线或从天线到接收机的传送都是由传输线来完 成的。(或凡是用来把电磁能从电路的一端送到电路的另一端的 设备统称为传输线)。如图所示。
1.1.2 对传输线的基本要求
（1）传输损耗要小，传输效率要高；
1.2 传输线分布参数及其等效电路
1.2.1 长线的含义
长线是指传输线的几何长度和线上传输电磁波的波长的比值 （即电长度）大于或接近于1；反之，则称为短线。可见二者 是相对概念，取决于传输线的电长度而不是几何长度。
长线和短线的区别还在于：前者为分布参数电路，而后 者是集中参数电路。在低频电路中常常忽略元件连接线的 分布参数效应，认为电场能量全部集中在电容器中，而磁 场能量全部集中在电感器中，电阻元件是消耗电磁能量的。 由这些集中参数元件组成的电路称为集中参数电路。随着 频率的提高，电路元件的辐射损耗，导体损耗和介质损耗 增加，电路元件的参数也随之变化。当频率提高到其波长 和电路的几何尺寸可相比拟时，电场能量和磁场能量的分 布空间很难分开，而且连接元件的导线的分布参数已不可 忽略，这种电路称为分布参数电路。
传输线理论基础知识
在一个周期的时间内波所行进的距离称为波长，用λ表示，即：
式中f 为电磁波频率，T 为振荡周期。
第31页/共65页
2.5 均匀传输线特性阻抗
入射电压与入射电流之比或反射电压与反射电流之比为特性阻抗（即波阻抗）。它的表示式为（2-８），即
一般情况下，Z0 为复数，其摸和幅角分别为：
第15页/共65页
均匀传输线的分布参数及其等效电路
根据传输线上分布参数均匀与否，可将传输线分为均匀和不均匀两种，下面讨论均匀传输线。 均匀传输线：所谓均匀传输线是指传输线的几何尺寸、相对位置、导体材料以及周围媒质特性沿电磁波传输方向不改变的传输线，即沿线的参数是均匀分布的 在均匀传输线上，分布参数R、L、C、G是沿线均匀分布的，即任一点分布参数都是相同的，用R1、L1、C1、G1分别表示传输线单位长度的电阻、电感 、电容、电导。
可近视认为特性阻抗为一纯电阻，仅与传输线的形式、尺寸和介质的参数有关，而与频率无关。
第22页/共65页
式（2-6）中A和A为常数，其值决定于传输线的始端和终端边界条件。通常给定传输线的边界条件有两种：一是已知终端电压U和电流I；二是已知始端电压U和电流I。下面分别讨论两种情况下沿线电压和电流的表达式。
结合我们的工作，这里只讨论TEM 波传输线（如双线、同轴线）的基本理论。
传输线特征阻抗
传输线特征阻抗
近年来，高速设计领域一个越来越重要也是越来越为设计工程师所关注议题就是受控阻抗的电路板设计以及电路板上互联线的特征阻抗。然而，对于非电子
的设计工程师来说，这也是一个最容易混淆也最不直观的问题。甚至很多的电子设计工程师对此也同样感到困惑。这篇资料将对特征阻抗作一个简要而直观的介绍，希望帮助大家了解传输线最基本的品质。
什么是传输线？
什么是传输线？两个具有一定长度的导体就构成传输线。其中的一个导体成
为信号传播的通道，而另外的一个导体则构成信号的返回通路（在这里我们提到信号的返回通路，实际上就是大家通常理解的地，但是为了叙述的方便，暂且忘掉地这一概念。）。在一个多层的电路板设计中，每一个PCBS联线都构成传输线中的一个导体，该传输线都将临近的参考平面作为传输线的的第二个导体或者叫做信号的返回通路。什么样的PCBS联线是一个好的传输线呢？通常如果在同一个PCB互联线上特征阻抗处处保持一致，这样的传输线就成为高质量的传输线。
什么样的电路板叫做受控阻抗的电路板？受控阻抗的电路板是指PCB板上所有
传输线的特征阻抗符合统一的目标规范，通常是指所有传输线的特征阻抗的值在25Q 至IJ70Q之间。
从信号的角度来考察
考虑特征阻抗最行之有效的办法是考察信号沿着传输线传播时信号本身看到了什么。为简化问题的讨论起见，假定传输线为微波传输带（microstrip）类型，并且信号沿传输线传播时传输线各处的横断面保持一致。给该传输线加入幅度为1V的阶跃信号。阶跃信号是一个1V的电池，由前端接入，分别连接在信号线和返回通路之间。在接通电池的瞬间，信号电压波形将以光速在电介质中行进，速度通常约为6英寸/ns（信号为什么行进如此快速，而不是接近电子传播的速度大约1cm/s,这是另外一个话题，这里不做进一步介绍）。当然在这里信号仍然具有常规的定义，信号定义为信号线与返回通路上的电压差，总是通过测量传输线
传输线特性阻抗(精)
传输线特性阻抗
传输线的基本特性是特性阻抗和信号的传输延迟，在这里，我们主要讨论特性阻抗。传输线是一个分布参数系统，它的每一段都具有分布电容、电感和电阻。传输线的分布参数通常用单位长度的电感L和单位长度的电容C以及单位长度上的电阻、电导来表示，它们主要由传输线的几何结构和绝缘介质的特性所决定的。分布的电容、电感和电阻是传输线本身固有的参数，给定某一种传输线，这些参数的值也就确定了，这些参数反映着传输线的内在因素，它们的存在决定着传输线的一系列重要特性。
一个传输线的微分线段l可以用等效电路描述如下：
传输线的等效电路是由无数个微分线段的等效电路串联而成，如下图所示：
从传输线的等效电路可知，每一小段线的阻抗都是相等的。传输线的特性阻抗就是微分线段的特性阻抗。传输线可等效为：
Z0 就是传输线的特性阻抗。
Z0描述了传输线的特性阻抗，但这是在无损耗条件下描述的，电阻上热损耗和介质损耗都被忽略了的，也就是直流电压变化和漏电引起的电压波形畸变都未考虑在内。实际应用中，必须具体分析。
传输线分类
当今的快速切换速度或高速时钟速率的PCB 迹线必须被视为传输线。传输线可分为单端（非平衡式）传输线和差分（平衡式）传输线，而单端应用较多。
单端传输线路
下图为典型的单端（通常称为非平衡式）传输线电路。
单端传输线是连接两个设备的最为常见的方法。在上图中，一条导线连接了一个设备的源和另一个设备的负载，参考（接地）层提供了信号回路。信号跃变时，电流回路中的电流也是变化的，它将产生地线回路的电压降，构成地线回路噪声，这也成为系统中其他单端传输线接收器的噪声源，从而降低系统噪声容限。这是一个非平衡线路的示例，信号线路和返回线路在几何尺寸上不同
传输线理论与阻抗匹配(2015-12)
传输线有哪些类型？
平行双导线 同轴线 带状线
微带线
TEM波 TE/TM波
表面波
长线与分布参数效应
波长跟频率的关系：
l c f
l
如 f = 300MHz时，λ =1m 若 f = 3GHz时，λ =0.1m
传输线的长度一般都是几米甚至几十米（它是长 线），因此传输线上的电压和电流振幅是沿线变化 的。这与低频状态完全不同！或者说，传输线是一 种分布参数电路。
Βιβλιοθήκη Baidu
其中，复振幅U(z)、I(z)又称相电压和相电流，简称电压 和电流。
传输线方程
根据基尔霍夫电压定律和电流定律，可推得，传输线上
的电压和电流之间满足关系：
dU z ZI z
dz
dI z YU z
dz
d
2U z
dz2
2U
z
0
抗分别为最大值和最小值。
(波腹)
U max
I
1 Z01
Z0
min
(波节)
U min
I
1 Z01
Z0
max
(2) 每隔 l 4 ，阻抗性质变换一次；每隔 l 2 ，阻抗值
重复一次。
反射系数、驻波系数和行波系数是表征反射波大小的 参量。其数值大小和工作状态的关系如下表：
射频电路第3次课-1.7传输线及特性阻抗
R jwL Z0 G jwC
当频率很低时（f≤1kHz），wl 和wc很小可以 忽略，计算式进一步简化为：
R Z0 G
当频率很高时(f≥100kHz)，wl 和wc很大，R 和G可以忽略，计算式进一步简化为：
L Z0 C
从
L 可以看出，传输线的特性阻抗与频率关 Z0 C 系不大，主要取决于传输线分布参数的 大小。而传输线分布参数的大小主要由传输线的几 何结构和绝缘介质的特性决定。由于同一型号传输 线的几何结构和绝缘介质相同，它们的分布电感L、 电容C、电阻R和电导G是相同的，所以特性阻抗相 同。不同型号传输线的几何结构和绝缘介质不同， 它们的分布参数也不同，所以特性阻抗不同。
当平行线间距很大时特性阻抗最大，可以是单线对地 特性阻抗的两倍。当平行线之间的间距缩小时平行线 特性阻抗也降低。平行线之间的间距越小，它们之间 的阻抗也越低。 平行线线特性阻抗一般为100Ω，或75Ω。
•
•
3、PCB微带线和带状线 • 如图所示,印制电路板传输线的两个基本形式是微带 线和带状线。微带线由印制电路板一面的信号线与另 一面的接地平板构成。带状线的信号线夹在两个接地 平板之间。PCB通常使用强化玻璃环氧树脂作为绝缘 材料，例如 G10、FR-4 或 PTFE。 • 带状线与微带线相比，优点在于信号线位于两个接地 平板之间的夹层，接地板对信号线的围绕紧密。微带 线的信号线没有被接地板包围，产生的泄漏场使得微 带线难于分析。这些泄漏场减小了电路板的“有效” 介电常数，抬高了阻抗。这是因为一些场线穿过了空 气，而空气的介电常数是1，而典型的印制电路板材 料FR4为4.7。 • 微带线和带状线的特性阻抗Zo及电长度与信号线的 宽度、厚度、到接地板的距离和相对介电常数 er有关 。 • Zo及电长度的计算比较复杂，可用一些软件完成。
传输线的特性阻抗PPT课件
令： Z 0Y 0 Y 0 1
Z0 Z0
Z0 ZC
得：B1 B2
பைடு நூலகம்
Z
0
A1
Z 0 A2
1
ZC
A1
1
ZC
A2
ZC
Z0 Y0
特性阻抗
注意 A1、A2、B1、B2 由边界条件确定。
返回 上页 下页
3. 给定边界条件下传输线方程的解
选取传输线始端为坐标原点，x 坐标自传输线
的始端指向终端。
① 已知始端(x=0)的电压 • U (x) A1e x A2e x
令x l x，x为传I输(x)线上一I2 点到终点的距离。
+
+
U (x)
-
U- 2
l
x
0
以终端 为零点
返回 上页 下页
U
(x)
1 2
(U 2
e ZCI2 )
x
1 2
(U 2
e ZCI2 )
x
I(x)
1 (U2 2 ZC
I2 )e
x
1 (U2 2 ZC
e I2 )
x
UI((xx))UZUC22cshhxx
注意
① 均匀传输线方程也称为电报方程，反映沿 线电压电流的变化。
② 均匀传输线沿线有感应电势存在，导致两 导体间的电压随距离 x 而变化；沿线有位 移电流存在，导致导线中的传导电流随距 离 x 而变化 ；
传输线阻抗计算公式
传输线阻抗计算公式
传输线阻抗可以通过以下公式计算：
1. 电感传输线的阻抗计算公式：
电感传输线是由电感元件组成的传输线，如同轴电感传输线
或平行电感传输线。电感传输线的阻抗可以通过以下公式计算：
Zl = jωL
其中，Zl是电感传输线的阻抗，j是虚数单位，ω是角频率，L是电感元件的电感。
2. 电容传输线的阻抗计算公式：
电容传输线是由电容元件组成的传输线，如同轴电容传输线
或平行电容传输线。电容传输线的阻抗可以通过以下公式计算：
Zc = 1 / (jωC)
其中，Zc是电容传输线的阻抗，j是虚数单位，ω是角频率，C是电容元件的电容。
3. 电阻传输线的阻抗计算公式：
电阻传输线是由电阻元件组成的传输线，如同轴电阻传输线
或平行电阻传输线。电阻传输线的阻抗可以通过以下公式计算：
Zr = R
其中，Zr是电阻传输线的阻抗，R是电阻元件的电阻。
4. 传输线自然阻抗的计算公式：
传输线的自然阻抗描述了传输线上电磁波的传输特性，可以通过以下公式计算：
Zo = √(Zl * Zc)
其中，Zo是传输线的自然阻抗，Zl是传输线的电感阻抗，Zc是传输线的电容阻抗。
需要注意的是，以上公式都是基于传输线处于恒定状态下的情况，也就是输入信号的频率不随时间变化。在实际应用中，还需要考虑传输线的长度、电磁波的衰减等因素对阻抗的影响。
参考内容：
- Pozar, D. M. (2011). Microwave engineering. Wiley.
- Harrington, R. F. (2003). Time-Harmonic Electromagnetic Fields. IEEE Press.
传输线阻抗计算
传输线阻抗计算公式是计算传输线的输入阻抗的重要公式，被广泛应用于RF系统中求解阻抗匹配问题。其最终形式如下：
Z_{in}=Z_0⋅\frac {Z_L+jZ_0 {\tan }beta l}{Z_0+jZ_L {\tan }\beta l}
在这个公式中，β=2π/λ，λ为在传输线上传播的信号波长，l为传输线的长度。该公式假设一个正弦信号V_0^+e^ {-jβz} 从z<0 入射到这个由传输线和负载构成的RF系统中。
值得注意的是，特性阻抗是描述传输线基本特性的一个重要参数，它是由传输线的分布电容、电感和电阻共同决定的。在进行阻抗计算时，需要考虑信号完整性，即PCB的信号线的特性阻抗必须与头尾元件的“电子阻抗”匹配。当传输线长度大于等于信号上升时间的三分之一时，信号可能会发生反射，此时必须考虑特性阻抗。
传输线的特性阻抗分析
传输线的特性阻抗分析
传输线是用于信号传输的电路元件，常见于通信系统、电子设备和电源系统等。它的主要功能是传输高频信号，并且具有一定的特性阻抗。特性阻抗是指传输线上单位长度所具有的电阻和电感之比，通常用Ω/米表示。
特性阻抗的分析是研究传输线电学特性的重要方面，下面将从分析传输线的基本结构、传输线上的电路模型以及特性阻抗的计算等方面进行详细介绍。
1.传输线的基本结构：
传输线由两个导体（通常为金属）构成，它们之间由绝缘材料（如聚乙烯、聚氯乙烯等）隔开。传输线可以分为两种类型：平衡传输线（例如双线）和非平衡传输线（例如同轴电缆）。平衡传输线中的两个导体具有相同的电压和相反的电流，而非平衡传输线中的两个导体之间既有电压差也有电流流过。
2.传输线上的电路模型：
为了分析传输线的电学特性，可以将传输线建模为电路模型。常见的电路模型有两类：长线模型和短线模型。
（1）长线模型：适用于高频信号传输或信号传输距离较长的情况。长线模型主要包括电感、电容和电阻等参数，并考虑信号的衰减、延迟和反射等效应。
（2）短线模型：适用于低频信号传输或信号传输距离较短的情况。短线模型主要包括电阻、电感、电容和传输线的长度等参数。
3.特性阻抗的计算：
特性阻抗可通过以下公式进行计算：
Zc=√(L/C)
其中，Zc表示特性阻抗，L表示单位长度的电感，C表示单位长度的
电容。特性阻抗的计算是传输线分析的基础，对传输线上的信号传输和匹
配非常重要。
4.特性阻抗的影响因素：
特性阻抗与传输线的几何形状、材料选择以及传输线的参数有关。传
输线的几何形状主要包括导体的直径、导体间的距离等。材料选择主要指
传输线的特征参数
传输线是电路中不可或缺的一部分，它能够在不同电路元件之间传递信号和电能。为了正确设计和操作传输线，我们需要了解其特征参数和相关知识。
1. 传输线的基本概念和分类
传输线是一种用于传输高频电磁信号的导体，其长度远大于信号波长。传输线可以分为两种类型：单导线传输线和双导线传输线。单导线传输线只有一个导体，通常是用作天线或单向数据链路。双导线传输线则由两个平行的导体组成，通常用于高速数字信号和宽带模拟信号的传输。
2. 传输线的特征参数
传输线的特征参数是指描述传输线电性能的多个参数，包括电阻、电感、电容和传输线特性阻抗等。这些参数对于传输线的设计和性能至关重要。
2.1 电阻
电阻是传输线的直流电阻，通常表示为每单位长度的欧姆数。电阻的大小取决于传输线的材料、截面积和长度。在高频信号传输中，电阻是产生功率损耗的主要因素。
2.2 电感
电感是传输线传输信号时所产生的电磁感应现象，也被称为自感。电感通常表示为每单位长度的亨利数。电感的大小取决于传输线的几何形状和材料。
2.3 电容
电容是由于导体之间的电荷分布而形成的电场能量存储，通常表示为每单位长度的法拉数。电容的大小取决于传输线的几何形状和介质的相对介电常数。在高频信号传输中，电容是传输线的主要反射参数。
2.4 传输线特性阻抗
传输线特性阻抗是指传输线上的电压和电流比值，通常表示为欧姆数。传输线特性阻抗由传输线的电容、电感和结构参数决定。传输线特性阻抗可以影响信号的传输速度和功率损耗。
3. 传输线的参数计算和设计
传输线的参数计算和设计是传输线设计过程中最重要的部分。在计算和设计传输线时，需要考虑传输线的特性阻抗、衰减、相移
信号传输线理论及其特性阻抗
信号传输线及其特性阻抗
高华东
随着电子产品小型化、数字化、高频化和多功能化等的快速发展与进步，作为电子产品中电气的互连件—PCB中的导线的作用，已不仅只是电流流通与否的问题，而且是作为“传输线”的作用。也就是说，对于高频信号或高速数字信号的传输用的PCB之电气测试，不仅要测试线路的“通”、“断”、“短路”等是否合乎要求，而且还要其“特性阻抗值”是否合乎要求，只有这两方面都“合格”了，PCB才符合允收性。
1 信号传输线的提出
1.1 信号传输线的定义
这是为了区别常规导线而提出的名称。按IPC-2141的3.4.4条的定义：“当信号在PCB 导线中传输时，若导线的长度接近信号波长的1/7，此时的导线便成为信号传输线”了。有的文献认为，导线的长度接近波长的1/10时，应按信号传输线处理。显然，后者更严格（显得‘过分’），但大多数人认定为前者。
大家知道，电流通过导体时，会受到一个“阻力”，在直流电中是电阻，符合欧姆定律。即：
R=V/I
在交流电中的“阻力”是由“电阻”、“感抗”和“容抗”的综合结果，即：
Z=〔R2+（X L-X C）2〕1/2
1.2信号传输线的判断
元件有很高频率信号传输，但经过导线传输后，频率下降（时间延迟）了，导线越长，时间延长越厉害，当导线的长度接近于波长时，或信号速度（频率）提高到某一范围时，传输的信号便会出现明显的“失真”。
⑴高频信号的传输。
假设：（一）元件的信号传输频率f=10MH Z，导线L=50cm,则
C=f*λ
λ= C/f
λ/L= C/f*L=60
属于常规导线。
（二）元件的信号传输频率f=1GH Z，导线的长度L=10cm,则
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
什么叫传输线的特性阻抗？传输线特性阻抗基知识
传输线的基本特性是特性阻抗和信号的传输延迟， 在这里，我们主要讨论特性阻 抗。传输线是一个分布参数系统，它的每一段都具有分布电容、电感和电阻。传 输线的分布参数通常用单位长度的电感 L 和单位长度的电容C 以及单位长度上 的电阻、电导来表示，它们主要由传输线的几何结构和绝缘介质的特性所决定的。 分布的电容、电感和电阻是传输线本身固有的参数， 给定某一种传输线，这些参 数的值也就确定了，这些参数反映着传输线的内在因素，它们的存在决定着传输 线的一系列重要特性。
一个传输线的微分线段可以用等效电路描述如下：
传输线的等效电路是由无数个微分线段的等效电路串联而成，如下图所示:
从传输线的等效电路可知，每一小段线的阻抗都是相等的。传输线的特性阻抗就 是微分线段的特性阻抗。
卄联原抗为： Z F = ------- --------- - =— i(G + joe)
传输线可等效为:
IR IL U_ IR IR IL
iR IL
半耻用比巧： 乙、iR + jE)
Z E,¥=Z Z Z O
Zc + Zr 叭鬲■独返
呼4阳粽
內为1是懒井14*F J9（可
产5 =卩5=爲
G + j 肚 |G + Jex
皆赖宰址骼窩时＜f^lOOKHZ）. 3=2n監掘借損女.3. uefg±. R、G可黑略.L 中单懂怅度线的固打电臥住为肛拉忙度蜒的H有电皐此的
当墓車迥惟艸rf^lKHZh 肛2卫片櫃水.可以耐.此时
Z0就是传输线的特性阻抗。
Z0描述了传输线的特性阻抗，但这是在无损耗条件下描述的，电阻上热损耗和介质损耗都被忽略了的，也就是直流电压变化和漏电引起的电压波形畸变都未考虑在内。实际应用中，必须具体分析。
传输线分类
当今的快速切换速度或高速时钟速率的PCB迹线必须被视为传输线。传输线可分为单端（非平衡式）传输线和差分（平衡式）传输线，而单端应用较多。
单端传输线路下图为典型的单端（通常称为非平衡式）传输线电路。
心J 4
电路窗化
m
—
KA 、、耳■戎
单端传输线是连接两个设备的最为常见的方法。在上图中，一条导线连接了一个
设备的源和另一个设备的负载，参考（接地）层提供了信号回路。信号跃变时，
电流回路中的电流也是变化的，它将产生地线回路的电压降，构成地线回路噪声, 这也成为系统中其他单端传输线接收器的噪声源，从而降低系统噪声容限。
这是一个非平衡线路的示例，信号线路和返回线路在几何尺寸上不同
高频情况下单端传输线的特性阻抗（也就是通常所说的单端阻抗）为：
Z厂俠
其中：L为单位长度传输线的固有电感，C为单位长度传输线的固有电容。单端传输线特性阻抗与传输线尺寸、介质层厚度、介电常数的关系如下：
与迹线到参考平面的距离（介质层厚度）成正比
与迹线的线宽成反比
与迹线的高度成反比
与介电常数的平方根成反比
单端传输线特性阻抗的范围通常情况下为25Q至120Q，几个较常用的值是
28 Q、33 Q、50 Q、52.5 Q、58 Q、65 Q、75 Q。
差分传输线路
下图为典型的差分（通常称为平衡式）传输线电路。
差分传输线适用于对噪声隔离和改善时钟频率要求较高的情况。在差分模式中，传输线路是成对布放的，两条线路上传输的信号电压、电流值相等，但相位（极性）相反。由于信号在一对迹线中进行传输，在其中一条迹线上出现的任何电子噪声与另一条迹线上出现的电子噪声完全相同（并非反向），两条线路之间生成的场将相互抵消，因此与单端非平衡式传输线相比，只产生极小的地线回路噪声，并且减少了外部噪声的问题。
这是一个平衡线路的示例--信号线和回路线的几何尺寸相同。平衡式传输线不会对其他线路产生噪声，同时也不易受系统其他线路产生的噪声的干扰。
差分模式传输线的特性阻抗（也就是通常所说的差分阻抗）指的是差分传输线中两条导线之间的阻抗，它与差分传输线中每条导线对地的特性阻抗是有区别的，
主要表现为：间距很远的差分对信号，其特性阻抗是单个信号线对地特性阻抗的两倍。间距较近的差分对信号，其特性阻抗比单个信号线对地特性阻抗的两倍小。别的因素保持不变时，差分对信号之间的间距越小其特性阻抗越低（差分阻抗与差份线队之间的间距成反比）。
差分传输线特性阻抗通常情况下为100Q，有时也用到75Q。
考虑到多层PCB 板生产时PCB 迹线可分布于表面或者内层，这两种情况下PCB 迹线的参考平面有所不同，所以又可将PCB 迹线分为微波传输带（Microstripe ）和带状线（Stripeline ）传输线路。
微波传输带传输线路是由一条安装在可导接地层的低损耗绝缘体上的控制宽度的可导迹线构成的。该绝缘体通常使用强化玻璃环氧树脂制造，例如G10 、FR-4 或PTFE,用于超高频应用。
带状线传输线路通常包括夹在两个参考层和绝缘材质之间的导线迹线。传输线路和层构成了控制阻抗。
带状线与微波传输带的不同之处在于它嵌入到两个参考层之间的绝缘材质中，带状线阻抗参考两个平面，阻抗迹线在内层，而微波传输带只有一个参考平面，阻抗迹线在PCB 板的外层（表层）。
PCB 迹线的阻抗将由其感应和电容性电感、电阻和电导系数确定，这些因子将是迹线物理尺寸（例如迹线的宽度和厚度）和PCB 底板材质的绝缘常数和绝缘厚度的函数，因此也可以说，PCB 板迹线的阻抗值由信号迹线的物理尺寸（宽度和厚度）、线路板绝缘常数、绝缘介质厚度、信号迹线与层的配置决定。