特性阻抗
當一道波剛沿著傳輸線出發時,這條線會給它一個固定的電壓對電流比值,這個比值就是特性阻抗,寫作 Z0。想像你把水推進一條特定口徑的水管:對一個給定的推力,你得到一個特定的流量,而這個關係是水管本身的性質,與遠端接了什麼無關。關鍵是,Z0 完全由線的幾何形狀與材料決定,與它的長度無關,而射頻裡著名的數值是 50 歐姆。
在數學上,對一條無損耗的線,Z0 = 根號 (L/C),其中 L 與 C 是每單位長度的電感與電容。中心導體細、屏蔽層寬的同軸電纜有較多電感、較少電容,因此 Z0 較高;中心導體粗、又貼近屏蔽層的,則 Z0 較低。當只有前進波在行進時,這條線對訊號源看起來真的就像一個純粹的 Z0 電阻,即使現場並沒有真正的電阻,因為能量是沿線離開、而不是被消耗掉。50 歐姆這個標準是工程上的折衷:在空氣介質的同軸電纜中,最低損耗發生在約 77 歐姆,最高功率承載發生在約 30 歐姆,而 50 是實用的折中點。
特性阻抗是射頻裡一切要去匹配的那個數字。訊號源為 50 歐姆而設計,儀器有 50 歐姆的埠,電纜是 50 歐姆,而當負載等於 Z0、波被吸收且沒有反射時,這個負載就稱為匹配。誠實的提醒:Z0 不是你能用歐姆表量到的電阻,把直流電表接到一條 50 歐姆的電纜上,依遠端狀況會讀到接近零歐姆或開路。Z0 只會對行進中的波顯現出來,也只有一條正確匹配、且夠長的線,才會表現為那個乾淨的電阻。
常見的電纜類型有標準的 Z0 值:RG-58 同軸電纜為 50 歐姆用於無線電,RG-6 為 75 歐姆用於電視與視訊,乙太網路的雙絞線差動約為 100 歐姆。訊號源、電纜與負載若都選在同一個 Z0,就能無反射地傳遞功率。
Z0 由幾何決定,整條訊號鏈都選來與它匹配。
特性阻抗不是會耗功率的電阻,也無法用三用電表量出來。它是行進波所看到的電壓對電流比值,由幾何決定、與長度無關。