传输线理论

传输线

传输线就是一种能够在纵向传播电磁场信号的联接。当器件物理尺寸或者电气连接的尺寸同信号的波长可以比拟时，就需要传输线理论来分析。

例如，一个台灯的电源线长 2 米，其电源的工作频率是 50Hz，波长就是 6000 公里。

λ=C/f=3.0*10^8/50=6000 0000米

这样，这个电源线的长度相对于波长来讲是非常短的，我们可以把它看成短路，可以忽略它。

而对于一个便携式产品如手提电脑、PDA 等 PCB 板设计，假如工作频率在 100MHz，就必须考虑传输线效应。

λ=C/f=3.0*10^8/100000000=3米

产品电源线2米对于3米的工作频率波长来说就不得不考虑。

传输线的特征阻抗：

传输线的特征阻抗是指信号沿传输线传播的过程中，传输线上看到的瞬间阻抗值，这里要注意是是瞬时，也就是瞬态情况下的阻抗：

传输线的特征阻抗

这个阻抗是传输线本身的物理结构决定的，一般会设计成 50 欧姆，这是在微波的发展过程中逐渐形成的。射频电缆特性阻抗在 70 多欧姆左右时,传输损耗最小；在 30 多欧姆时,

承受功率最大。两者综合，选择 50 欧姆，同时照顾到两种性能，所以就选择了 50 欧姆作为一个标准。如果外接设备或线缆的阻抗同传输线的特征阻抗不一致，就会产生反射。

传输线的反射系数Γ和信号反射：

当传输线的传播的信号到达某个阻抗不连续的节点时，信号会发生反射，就像水流通过不同口径的管道接口时，水面产生波动一样。根据反射电压Vref和入射电压Vinc的比值，可以定义传输线上的反射系数Γ。

传输线反射系数Γ计算公式

当负载阻抗大于输入阻抗，反射系数Γ >0, 反射信号与入射信号同向叠加；当负载阻抗小于输入阻抗，反射系数Γ<0, 反射信号与入射信号反向相减。传输线的阻抗的不连续不仅发生在终端，当反射信号传播到源端后，同样也会由于阻抗不连续产生二次反射，最终，信号归于稳定。下图显示了在信号跳变的瞬间，源端Vin和负载端VL的电压变化。

传输线存在反射时的源端和负载端的电压变化