Podczas gdy inne odpowiedzi nie są błędne, nie sądzę, aby odpowiednio rozwiązały podstawową koncepcyjną przeszkodę w zrozumieniu charakterystycznej impedancji.
Wyobraź sobie, że jesteś falą. Propagujesz, robiąc krok - te kroki są zawsze tej samej wielkości. To jest twoja długość fali.
Charakterystyczna impedancja to impedancja lub opór, który poczujesz na każdym kroku. Niska impedancja może przypominać normalne chodzenie, podczas gdy wysoka impedancja może przypominać chodzenie po błocie - za każdym razem, gdy robisz krok, jest znacznie większa lepkość, która opiera się ruchowi nogi.
Otóż, całkowita energia lub strata, lub jakkolwiek chcesz na to spojrzeć, będzie w dużym stopniu zależała od długości i tak jest. Ale nie ma znaczenia, jak daleko musisz się posunąć, będzie to pewna trudność zrobienie jednego kroku w powietrzu i jednego kroku w błocie. Charakterystyczna impedancja to impedancja odczuwalna podczas jednego kroku. Liczba kroków do wykonania nie zmienia tej wartości.
Aby przywrócić rzeczy do rzeczywistości, trochę i mniej przez analogię, impedancja charakterystyczna to impedancja, którą „odczuje” jedna długość fali rozchodzącej się fali elektromagnetycznej przez daną linię transmisyjną. Dlatego nazywa się to impedancją charakterystyczną - jest to impedancja, która charakteryzuje jej masowy charakter. Na każdym etapie sygnał będzie miał taką samą impedancję między sobą a następnym krokiem.
Dlatego można zakończyć linię transmisyjną 50 Ω rezystorem 50 Ω na jednym końcu, niezależnie od długości - terminację można potraktować jako ostatni `` krok '', jaki fala wykonuje na swojej drodze transmisji, więc skupione 50 Ω rezystancja na parze linii transmisyjnych jest całkowicie akceptowalna - ponieważ fala już przez cały czas doświadczała impedancji 50 Ω.
Teraz weźmy to koncepcyjne rozumienie jako kontekst i dotknijmy doskonałej odpowiedzi The Phonon.
Wiedząc, że impedancja charakterystyczna jest w rzeczywistości impedancją odczuwaną w dowolnym momencie podczas podróży po linii przesyłowej, staje się oczywiste, że jest to również stosunek napięcia do prądu, który nie spowoduje odbicia.
Może to jednak być mylące. Czy nie oznaczałoby to, że wyższe częstotliwości, przy większej liczbie kroków, napotkają o wiele większy opór na tej samej długości linii? Cóż, tłumienie w linii przesyłowej generalnie rośnie wraz z częstotliwością, ale nie z tego powodu.
Załóżmy, że otrzymujesz „charakterystyczną” część impedancji charakterystycznej. Ale musisz też uzyskać część impedancyjną. Impedancja jest wartością złożoną, co oznacza, że zawiera zarówno składniki rzeczywiste, jak i urojone.
Wyimaginowane w sensie matematycznym - nie wpadnij w pułapkę dosłownego traktowania wyobrażeń w kontekście matematycznym. To imię, to wszystko.
Liczby urojone nazywane są jako rodzaj gry słów w porównaniu z nazwą, którą nadaliśmy przeciwnej linii bazowej - liczby rzeczywiste. Wszystkie liczby są technicznie urojone. Podobnie żadne liczby nie są prawdziwe. Ale niektóre są urojone. A niektóre są prawdziwe.
Liczby rzeczywiste i urojone tworzą płaszczyznę zespoloną, którą można sobie wyobrazić jako dwie osie prostopadłe, z których jedna to oś liczb rzeczywistych rozciągająca się od -∞ do ∞, a druga to oś liczb urojonych rozciągająca się od -∞ * i do ∞ * i. Wiemy, że istnieją i potrzebujemy ich, ponieważ istnieją równania, których rozwiązania wymagają liczb urojonych. Bez nich po prostu ignorujesz możliwość odpowiedzi na całą kategorię równań. W najprostszym przypadku liczby urojone pozwalają nam odpowiedzieć na to równanie: \ $ x ^ {2} + 1 = 0 \ $. x jest oczywiście równe i .
OK, to było trochę styczne, ale prawidłowe zrozumienie liczb zespolonych jest absolutnie wymagane , zanim będzie można zrozumieć impedancję.
Impedancja składa się z rzeczywistej składowej, która jest po prostu rezystancją dla prądu stałego, i wyimaginowanej składowej zwanej reaktancją. Reaktancja jest pozornym oporem, ale nie wynika z rozpraszania energii w postaci ciepła (jak w przypadku oporu), ale raczej z tymczasowego magazynowania energii, która jest później uwalniana. Jeśli widzisz, że energia jest odprowadzana, ponieważ jest przechowywana w polu elektrycznym (znanym jako kondensator) lub polu magnetycznym (cewka indukcyjna), w tym momencie wygląda to tak, jak energia, która jest po prostu tracona jako ciepło z powodu oporu.
Zależy to od linii przesyłowej, ale oczywiście tracą one na coraz większej długości. Zwykle jest to nieco pośrednio podawane jako „tłumienie na stopę” lub tłumienie na 100 metrów lub podobne, w dB /. Obejmuje to straty wynikające z rzeczywistej rezystancji (co nie jest nawet tak proste, jak pomiar omomierzem - częstotliwość zmieni takie rzeczy, jak głębokość skóry, sprawiając, że ten sam przewodnik będzie wyglądał na bardziej oporny itp.), Utratę dielektryczną, cokolwiek innego. powodują prawdziwe rozproszenie energii w entropię / ciepło.
Charakterystyczna impedancja jest generalnie prawie całkowicie spowodowana reaktancją. Zatem 50 Ω reaktancji i 0 Ω rezystancji w rzeczywistości nie spowodowałyby żadnych strat - byłaby to tylko chwilowa strata, ponieważ energia jest magazynowana, a następnie uwalniana z powrotem do linii. Jeśli masz stosunek napięcia i prądu, który nie jest taki, że spadek napięcia (energia zmagazynowana) przy danym prądzie jest równy napięciu w linii przesyłowej, to nie możesz idealnie zrównoważyć energii zmagazynowanej z uwolnioną energią, a ty zgub się w istnieniu integralności sygnału, REFLECTIONS !! O nie!
Ten cykl magazynowania i uwalniania energii tworzy falę stojącą w naszej linii przesyłowej.Każde nadmierne napięcie wymusza większy przepływ prądu, co oznacza, że przekroczyliśmy zdolność magazynowania energii w kablu, więc faza zostaje odrzucona, a nasza fala stojąca zostaje destrukcyjnie zakłócona.Nasz sygnał jest w różnym stopniu zniszczony.