同轴电缆SPD的阻抗匹配

2011-07-04王绍俊

科技传播 2011年20期

关键词：特性阻抗双绞线同轴电缆

黄灏，王绍俊

1.烟台市气象局，山东烟台 264003

2.烟台市万盛雷电防护工程技术有限责任公司，山东烟台 264003

0 引言

同轴电缆通常也被称做细缆，在10Base2网络中是主要的信号传输介质，但随着10/100BaseT网络的普及，双绞线已逐渐取代了细缆的位置，成为了现在局域网络的主要传输介质。

在网络中，同轴电缆虽被双绞线取代，但它并没有退出通信系统的舞台。在现代网络中同轴电缆主要作为E1线路（广域网常用专线）的接入介质，因此在视频传输中得到广泛的应用。同轴电缆抗干扰能力很弱，尤其是雷电磁脉冲对其影响很大，很容易产生雷电过电压而损坏连接的设备，但可以通过安装BNC接口的SPD来防止雷电过电压损坏相连的设备。

由于同轴电缆的应用于不同的系统，其外型一样但阻抗分50Ω或75Ω等。其SPD选择时如果阻抗不匹配，虽接口、电压等满足要求，但长时间工作会使线路的带宽下降并产生损耗。

1 同轴电缆简介

同轴电缆（Coaxial）是指有两个同心导体，而导体和屏蔽层又共用同一轴心的电缆。最常见的同轴电缆由绝缘材料隔离的铜线导体组成，在里层绝缘材料的外部是另一层环形导体及其绝缘体，然后整个电缆由聚氯乙烯或特氟纶材料的护套包住。

目前，常用的同轴电缆有两类：50Ω和75Ω的同轴电缆。75Ω同轴电缆常用于CATV网，故称为CATV电缆，传输带宽可达1GHz，目前常用CATV电缆的传输带宽为750MHz。50Ω同轴电缆主要用于基带信号传输，传输带宽为1MHz～20MHz，总线型以太网就是使用50Ω同轴电缆，在以太网中，50Ω细同轴电缆的最大传输距离为185m，粗同轴电缆可达1000m。

1.1 宽带电缆

是CATV系统中使用的标准，它既可使用频分多路复用的模拟信号发送，也可传输数字信号。同轴电缆的价格比双绞线贵一些，但其抗干扰性能比双绞线强。当需要连接较多设备而且通信容量相当大时可以选择同轴电缆。

1.2 网络同轴电缆

内外由相互绝缘的同轴心导体构成的电缆：内导体为铜线，外导体为铜管或网。电磁场封闭在内外导体之间，故辐射损耗小，受外界干扰影响小。常用于传送多路电话和电视。

1.3 同轴电缆

同轴电缆的得名与它的结构相关。同轴电缆也是局域网中最常见的传输介质之一。它用来传递信息的一对导体是按照一层圆筒式的外导体套在内导体（一根细芯）外面，两个导体间用绝缘材料互相隔离的结构制选的，外层导体和中心轴芯线的圆心在同一个轴心上，所以叫做同轴电缆，同轴电缆之所以设计成这样，也是为了防止外部电磁波干扰异常信号的传递。

2 阻抗匹配概念

特性阻抗是指无限长传输线上各处的电压与电流的比值，用Z0表示。同轴电缆的特性阻抗的计算公式为：

D为同轴电缆外导体铜网内径；d为同轴电缆芯线外径；εr为导体间绝缘介质的相对介电常数；

由公式可以看出，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，而与同轴电缆长短、工作频率等参数无关。一般对于同轴电缆的阻抗为50Ω与75Ω。

阻抗匹配是指同轴电缆终端所接负载阻抗ZL 等于同轴电缆特性阻抗Z0 时，称为同轴电缆终端是匹配连接的。匹配时，同轴电缆上只存在传向终端负载的入射波，而没有由终端负载产生的反射波，因此当SPD安装时就成为了终端负载，匹配能保证同轴电缆连接设备取得全部信号功率，当SPD阻抗为50Ω时，与50Ω的电缆是匹配的，而当SPD阻抗为75Ω欧时，与50Ω的电缆是不匹配的，如果50Ω的SPD安装在75Ω的同轴电缆时将对原通信系统产生很大的影响，所以SPD的阻抗与同轴电缆的阻抗一定要匹配。

3 阻抗匹配性能

阻抗的匹配是生产SPD的一项重要参数，如果阻抗匹配做的不好，那安装上SPD会对原通信线路产生损耗以至带宽降低。

在不匹配的情况下，馈线上同时存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅V max ，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅V min ，形成波节；其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间，这种合成波称为行驻波，反射波电压和入射波电压幅度之比叫作反射系数R表示为：