解析特性阻抗

二、对称电缆特性阻抗（Zc）的计算
2.3 对称电缆中心导体为绞线结构，屏蔽为编织的特性阻抗(Zc)：
2 * a D S a2 ZC l g( * 2 ) 2 K 1*d D S a K 3 * e 276
其中： Zc:特性阻抗 a:两导体的中心距(mm) d:中心导体的直径(mm) Ds:屏蔽层内径(mm) ε e:绝缘材料的等效介电常数 K3：编织影响的经验修正系数,取值为0.98-0.99 K1：导体修正系数,导体结构修正系数K1与导体根数之间的关系: 绞线内导体的导线根数 内导体结构的修正系数 绞线内导体的导线根数 内导体结构的修正系数 N K1 N K1 1 27 3 37 7 50 12 0.957 70 0.986 19 0.970 90 0.988
解析特性阻抗 Characteristic Resistance
目
一. 特性阻抗的定义
录
二. 对称电缆的特性阻抗计算 三. 影响对称电缆特性阻抗的因素
四. 同轴电缆的特性阻抗计算
五. 影响同轴电缆特性阻抗的因素 六. NB Cable特性阻抗控制的实验数据分析
一、特性阻抗（Zc）的定义
1. 特性阻抗(Zc)的定义
六. NB Cable特性阻抗控制的实验数据分析
6.1 典型NB Cable用线的特性阻抗控制实验参数：
UL10064 FEP双绞线特性阻抗：100±10 ohms 线材规格 34#(7/0.06TC)*2C 外被OD 0.32mm OD公差 ±0.01mm ±0.01mm 绞距(mm) 3±1mm 4±1mm UL10064 FEP双绞线特性阻抗：90±10 ohms 线材规格 34#(7/0.06TC)*2C 外被OD 0.32mm OD公差 ±0.01mm ±0.01mm 绞距(mm) 3±1mm 4±1mm
4.1.2.编织外导体,绞线内导体同轴电缆的特性阻抗计算如下:
D 1.5D w ZC *l g( ) K 1*d e
138
其中： D：外导体外径 d：内导体外径 Dw：编织导体直径 K1：导体结构修正系数
或
D 1.5D w ZC *l n( ) K 1*d e
60
由上式可以看出，同轴电缆特性阻抗只与导体直径D和d、编织的导体直径Dw以 及导体间介质的介电常数εr有关，而与馈线长短、工作频率以及线缆终端所接负 载阻抗无关。
反比
正比
反比
正比
三、影响对称电缆特性阻抗（Zc）的因素
3.1．导体直径 导体直径的波动会影响电感和电容的大小，进而成为影响特性阻抗ZC ，这是不可 忽视的因素。要想控制好导体直径 ，模具的精度至关重要，拉丝出线模的直径偏差一 般应控制在0.002mm以下，在设备运行状况良好的条件下，导体直径偏差不可超 0.003mm,只有这种精度才能够满足电缆对特性阻抗的要求。因此，在拉丝生产过程中 应经常关注拉丝机的运行状况及拉丝模精度的控制。另外还要严格控制好导体的退火 状态及其拉断伸长率，如果导体的退火过度，造成导体伸长率过大，在后续加工过程 中就难以控制和容易变形，所以导体伸长率波动范围应严格控制在小于±1.5％为宜。 3.2．绝缘线芯外径偏差和同心度 绝缘线芯外径偏差和同心度是绝缘单线生产过程中最不易控制因素，而绝缘线芯 外径的波动和偏心会导致两导线间距离的变化，这种变化的结果使特性阻抗ZC值发生 变化，两导线间距离变化越大特性阻抗ZC值波动就越大，严重时会远远偏离标称值。 绝缘层的厚度偏差应控制在±0．03 mm以内，同心度不得小于95％。要想得到比较 均匀的特性阻抗，就要保证生产出的绝缘线芯的绝缘厚度和同心度都很好。在生产时 挤塑模具的选用也是非常重要的（因为挤塑模具会给绝缘线芯外径和偏心带来直接的 影响）
0.32mm
±0.01mm
3±1mm
32#(19/0.05TC)*2C
0.38mm
±0.01mm ±0.01mm
4±1mm 5±1mm
32#(19/0.05TC)*2C
0.38mm
±0.01mm ±0.01mm
4±1mm 5±1mm
30#(19/0.06TC)*2C
0.50mm
30#(19/0.06TC)*2C
二、对称电缆特性阻抗（Zc）的计算
2.1 无屏蔽对称电缆（UTP）的特性阻抗(Zc)：
ZC
120
e
l n(
2 *a d
d
)
或
ZC
276
e
l g(
2 *a d
d
)
其中： Zc-特性阻抗 a-两导体的中心距(mm) d-中心导体的直径(mm) ε e-绝缘材料的等效介电常数
二、对称电缆特性阻抗（Zc）的计算
四、同轴电缆的特性阻抗（Zc）计算
4.1 同轴电缆的特性阻抗(Zc)：
同轴电缆的一个回路是同轴对,它是对地不对称的.在金属往管(称为外导体)内配 置另一圆形导体(称为内导体),用绝缘介质使两者相互绝缘并保持轴心重合,这样所构 成的线对称同轴对。 4.1.1.对于铝箔斜包, 纵包可近似看作是理想外导体,计算如下:
2
1.000 0.871 0.939 0.976 0.980 0.983
三、影响对称电缆特性阻抗（Zc）的因素
3.1 影响对称电缆特性阻抗的因素及比例关系：
影响因素与Zc的变化关系 影响Zc的因素 影响因素的变化 ↑ Zc的随之变化 ↓ 比例关系
等效介电常数
↓ ↑ ↑ ↓
反比
导体直径
↓ ↑ 导体中心距 ↓ 对地距离 ↑ ↓ ↑ 对绞绞距 ↓ ↓ ↓ ↓ ↑ ↑ ↑ ↑
特性阻抗是指当电缆无限长时该电缆所具有的阻抗，是阻止电流通过导体的一
种电阻名称，它不是常规意义上的直流电阻。 一条电缆的特性阻抗是由电缆的电导率、电容以及阻值组合后的综合特性。假设 一根均匀电缆无限延伸，其发射端在某一频率下的阻抗称为特性阻抗 (Characteristic Impedance)。它由诸如导体的集合尺寸、导体间的中心距离、传输 线本身的结构、电缆绝缘材料的介电常数等因素决定，与数据传输线的长短无关。 数据传输线的瞬间阻抗或者是特征阻抗是影响信号品质及完整性的最重要的因素 。如果信号传播过程中，相邻的信号传播间隔之间阻抗保持一致，那么信号就可以十 分平稳地向前传播，因而情况变得十分简单。如果相邻的信号传播间隔之间存在差异 ，或者说阻抗发生了改变，信号中能量的一部分就会往回反射，信号传输的连续性也 会被破坏，由此会带来诸如回波损耗偏大、信号传输辐射增大、信号传输完整性不足 等问题。
2.2 屏蔽对称电缆（STP）的特性阻抗(Zc)：
ZC
120
2 *a D S a l n( * 2 ) 2 d DS a e
2
2
或
ZC
276
2 * a D S a2 l g( * 2 ) 2 d DS a e
2
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其中： Zc:特性阻抗 a:两导体的中心距(mm) d:中心导体的直径(mm) Ds:屏蔽层内径(mm) ε e:绝缘材料的等效介电常数
五、影响同轴电缆特性阻抗（Zc）的因素
5.1 影响同轴电缆特性阻抗的因素及比例关系：
影响Zc的因素 影响因素与Zc的变化关系 影响因素的变化 ↑ 等效介电常数ε e ↓ ↑ 内导体直径d ↓ ↑ 外导体内/外径D ↓ ↑ 编织导体直径Dw ↓ ↓ ↓ ↑ 正比 ↑ ↑ 正比 Zc的随之变化 ↓ 反比 ↑ ↓ 反比 比例关系
双绞线特性阻抗： 导体中心距D 0.31 导体直径d 0.2 介电常数E 2.1 A=2D/d 3.1 ln(A) 1.13140211 E开平方根 1.44913767 特性阻抗Z 93.6889957
六. NB Cable特性阻抗控制的实验数据分析
6.3 常用绝缘材料的物性表：
六. NB Cable特性阻抗控制的实验数据分析
32#(7/0.08TC)*2C
0.38mm
32#(7/0.08TC)*2C
0.38mm
30#(7/0.10TC)*2C
0.50mm
±0.01mm
5±1mm
30#(7/0.10TC)*2C
0.50mm
±0.01mm
5±1mm
34#(19/0.04TC)*2C
0.32mm
±0.01mm
3±1mm
34#(19/0.04TC)*2C
D ZC *l g( ) d e
138
其中： ε e:绝缘材料的等效介电常数 D：外导体内径 d：内导体外径
或
D ZC *l n( ) d e
60
由上式可以看出，同轴电缆特性阻抗只与导体直径D和d以及导体间介质的介电常 数εr有关，而与馈线长短、工作频率以及线缆终端所接负载阻抗无关。
四、同轴电缆的特性阻抗（Zc）计算
0.50mm
六. NB Cable特性阻抗控制的实验数据分析
6.2 典型NB Cable用线特性阻抗选择计算表：
同轴线特性阻抗 屏蔽外壳内径D 0.302 内部导体直径d 0.09 介电常数E 2.1 A=D/d 3.35555556 ln(A) 1.21061735 E开平方根 1.44913767 特性阻抗Z 50.1243202
三、影响对称电缆特性阻抗（Zc）的因素
3.3．屏蔽层的半径 屏蔽层距离大小对电感的影响也很大，因此，在屏蔽生产过程中,屏蔽层的质量至 关重要,导线与屏蔽层越靠近时，回路的电容就越大，相反，则越小，回路电容的或大 或小会直接影响特性阻抗值。因此，纵包屏蔽或绕包屏蔽带时要松紧适当，屏蔽层的 圆整性和一致性应成为生产过程中控制的重点。 另外，在对绞过程中,收放线张力的均匀性和线对节距的一致性也会对回路导线中 心间的距离及线组直径的大小有一定的影响。
六. NB Cable特性阻抗控制的实验数据分析
六. NB Cable特性阻抗控制的实验数据分析
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