xΩインピーダンスケーブルはどのように定義されていますか？

これはおそらく非常に単純な質問ですが、どこでも明確な答えを見つけることができないようです。50Ωのケーブルは単位長あたり50Ωを意味すると思います。

これはどのユニットの長さですか？これが定義されていない場合、それはどうですか？

正確ではありますが、おそらく理解しにくい答えがあります。より直感的に感じられるようにします。

長いケーブルの端に最初に電圧をかけるとどうなるかを考えてください。ケーブルにはある程度の容量があるため、電流が流れます。それがすべてだった場合、大きな電流スパイクが発生しますが、何も起こりません。

ただし、いくつかの直列インダクタンスもあります。少しの直列インダクタンス、それに続くグランドへのわずかな静電容量、それに続く別の直列インダクタンスなどで近似できます。これらのインダクタとコンデンサはそれぞれ、ケーブルの長さをわずかにモデル化します。その長さを短くすると、インダクタンスとキャパシタンスが低下し、同じ長さでさらに多くのインダクタンスとキャパシタンスが存在します。ただし、インダクタンスとキャパシタンスの比率は同じままです。

ここで、最初の印加電圧がケーブルを伝播することを想像してください。方法の各ステップで、小さな静電容量が充電されます。ただし、この充電はインダクタンスによって減速されます。最終結果は、ケーブルの端に印加した電圧が光の速度よりも遅く伝播し、定電流を必要とする方法でケーブルの長さに沿って静電容量を充電することです。2倍の電圧を印加した場合、コンデンサはその電圧の2倍に充電されるため、2倍の充電が必要になり、供給に2倍の電流がかかります。あなたが持っているのは、あなたが印加した電圧に比例してケーブルが引く電流です。うん、それは抵抗器がすることです。

したがって、信号がケーブルを伝搬している間、ケーブルはソースに対して抵抗力があるように見えます。この抵抗は、ケーブルの並列容量と直列インダクタンスの関数であり、もう一方の端に接続されているものとは関係ありません。これはケーブルの特性インピーダンスです。

ベンチにケーブルのコイルがあり、導体のDC抵抗を無視できるほど短い場合、信号がケーブルの端に戻って戻るまで、これはすべて説明どおりに機能します。それまでは、それを駆動しているものには無限のケーブルのように見えます。実際、特性インピーダンスでは抵抗のように見えます。たとえば、ケーブルが十分に短く、エンドをショートさせた場合、最終的に信号ソースにショートが発生します。ただし、少なくとも信号がケーブルの端まで伝播して戻るまでは、特性インピーダンスのように見えます。

ここで、ケーブルのもう一方の端に特性インピーダンスの抵抗を配置することを想像してください。これで、ケーブルの入力端は永久に抵抗器のようになります。これはケーブルの終端と呼ばれ、インピーダンスが時間の経過とともに安定し、ケーブルの終端に達したときに信号が反射するのを防ぐという優れた特性があります。結局、ケーブルの端までは、別の長さのケーブルが特性インピーダンスの抵抗と同じに見えます。

50オームケーブルについて話すとき、集中インピーダンスとはまったく異なる特性インピーダンスについて話します。

ケーブル内を伝播する信号がある場合、その信号に関連付けられた電圧波形と電流波形があります。ケーブルの容量特性と誘導特性のバランスにより、これらの波形の比率は固定されます。

ケーブルの特性インピーダンスが50オームの場合、電力が一方向にのみ伝搬する場合、ラインに沿った任意のポイントで電圧波形と電流波形の比率が50オームになることを意味します。この比率はケーブルジオメトリの特性であり、ケーブルの長さが変化しても増減するものではありません。

電圧と電流がそのケーブルに適切な比率にない信号を適用しようとすると、必然的に信号が両方向に伝播します。これは、基本的に、終端負荷がケーブルの特性インピーダンスと一致しないときに起こることです。負荷は、逆伝播信号を作成して物事を積み上げなければ、同じ電圧対電流比をサポートできず、反射があります。

理論的には、例のケーブルが無限に長い場合、2本のリード線間の50Ωインピーダンスを測定します。

ケーブルが無限より短いが、信号の波長の約10％^* より長い場合$\lambda = \dfrac{c}{f}$$c\approx 3\cdot 10^8 \text{[m/s]}$

^*） _{実際には、ケーブルの波長は真空よりも短くなっています。念のため、実際の例では、波長に2/3を掛けます。したがって、実際には、1MHzでのケーブルの心配のしきい値は30m * 2/3 = 20mでなければなりません。}

他の答えは、より理論的なテキストを書いています、私はいくつかの高レベルの実用的な情報を提供しようとします。

実際には、これは、合理的にきれいな信号を送信できる特性インピーダンスに等しい抵抗で両端をケーブルで終端することを意味します。ケーブルを適切に終端しないと、反射が生じます。

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

反射により、受信側で信号が歪む（または減衰する）場合があります。

名前が示すように、反射はケーブルの遠端から送信機に戻ります。多くの場合、RFトランスミッターは大きな反射信号に対応できないため、パワー段を爆破する可能性があります。これが、アンテナが接続されていない場合に送信機に電力を供給しないことが強く推奨される理由です。

ケーブルの特性インピーダンスは、その物理的な長さとは関係ありません。視覚化するのは非常に複雑ですが、一方の端に100オームの負荷があり、もう一方の端に10ボルトのバッテリーがある長いケーブルを検討し、10ボルトのバッテリーを接続したときにケーブルに流れる電流の量を自問します。

最終的には100 mAが流れますが、電流がケーブルを流れてまだ負荷に達していない短い時間で、10ボルトのバッテリーからどれだけの電流が低下しますか？ケーブルの特性インピーダンスが50オームの場合、200mAが流れ、これは2ワット（10 V x 200 mA）の電力を表します。しかし、10Vで100 mAを必要とするため、この電力をすべて100オームの抵抗で「消費」することはできません。過剰な電力は負荷から反射され、ケーブルをバックアップします。最終的に物事は落ち着きますが、バッテリーが適用された後の短い時間で、それは別の話です。

$_0$。

$Z_0 = \sqrt{\dfrac{R+j\omega L}{G+j\omega C}}$

どこ

• Rは、メートル（または単位長さ）あたりの直列抵抗です。
• Lは、1メートルあたり（または単位長あたり）の直列インダクタンスです。
• Gは、メートル（または単位長さ）あたりの並列コンダクタンスです。
• Cは、1メートルあたり（または単位長あたり）の並列容量です。

オーディオ/テレフォニー球では、ケーブルの特性インピーダンスは通常次のように近似されます：-

$Z_0 = \sqrt{\dfrac{R}{j\omega C}}$

シリーズRは通常よりもはるかに大きいため、これは約100 kHzまでは妥当です $j\omega L$ Gは通常無視できます。

通常1MHz以上のRFでは、ケーブルは次の特性インピーダンスを持つと見なされます。

$Z_0 = \sqrt{\dfrac{L}{C}}$

なぜなら $j\omega L$ Rを支配し、前述のように、Gは無視できると見なされますが、100MHzを超える周波数での誘電損失は増加し始め、Gは式で使用されることがあります。