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什麼是同軸電纜阻抗？基礎知識和測量方法的詳盡講解
同軸電纜廣泛用於各種用途，包括電視廣播、網路通訊和音訊訊號傳輸。
其中，阻抗是同軸電纜性能的重要因素。本文以簡單易懂的語言講解了同軸電纜阻抗的基礎知識及其測量方法。請隨意使用此作為參考。
什麼是同軸電纜阻抗？
同軸電纜的阻抗是指電訊號流過電纜時所產生的電阻。這是優化特定頻率下訊號能量傳輸效率的重要特性。
同軸電纜的阻抗通常為 50Ω 或 75Ω，取決於電纜所連接的設備和應用。
50Ω主要用於無線通訊和資料傳輸，75Ω適合傳輸電視、視訊訊號。阻抗由電纜內部中心導體與外導體的直徑比以及所用絕緣層的介電常數決定。
使阻抗特性相符就稱為「阻抗匹配」或「阻抗匹配」。電路或電纜的阻抗不匹配的狀態稱為“阻抗不匹配”，在這種狀態下高頻訊號無法正確傳輸。
如果阻抗不合適，可能會發生訊號反射或衰減，導致通訊品質下降。因此，使電纜的阻抗與連接設備相匹配對於保持訊號品質和最大限度提高整體系統效率至關重要。
選擇正確的電纜阻抗可以幫助最大限度地減少訊號反射和損失。
同軸電纜阻抗測量方法
我們採用專用的測量設備來測量阻抗，並透過計算確定理論值。結合這些方法可以實現更可靠的測量。
如何測量特性阻抗
測量特性阻抗的方法有很多種，但最常見的是TDR（時域反射儀）方法和使用網路分析儀的方法。
TDR 是同軸電纜阻抗變化的時間域測量，非常適合定位電纜中的不連續或損壞。 TDR 儀器透過電纜發送短脈衝並分析反射波形來偵測阻抗不匹配。此方法對於診斷長距離或埋地電纜特別有用。
另一方面，使用網路分析儀的測量方法適合評估較寬頻率範圍內的阻抗特性。該設備向電纜發送不同頻率的訊號並測量響應，從而可以詳細分析電纜的頻率特性和阻抗的頻率依賴性。當需要在高頻範圍內進行測量或在電纜設計階段進行評估時，此方法特別有用。
進行測量時，正確連接電纜的兩端並盡量減少外部噪音非常重要。準確的阻抗測量有助於最大限度地減少系統中的訊號損失並提高通訊品質。選擇正確的測量設備和流程可以幫助您充分利用同軸電纜。
如何計算特性阻抗
同軸電纜的特性阻抗可以根據電纜的物理結構計算出來。計算需要中心導體直徑、絕緣體直徑和絕緣體的介電常數。透過將這些值應用到特殊公式中，就可以計算出理論特性阻抗。
特性阻抗由傳輸線的物理結構和所用材料的特性決定，可用以下公式計算：
Z = √Zo × √Zs
Zo為同軸電纜末端開路時的阻抗，Zs為末端短路時的阻抗。
但由於實際製造過程中的誤差或使用環境的影響，計算值與實際測量值之間可能會有細微差異。
什麼是阻抗匹配？
阻抗匹配是一種在電路和通訊系統中最大限度地減少訊號反射、最大限度地提高電力傳輸效率的技術。
本節說明阻抗匹配的含義和方法。
什麼是阻抗匹配？
阻抗匹配意味著匹配整個訊號傳輸路徑上的電氣特性。特別是在處理高頻訊號時，如果發送端的阻抗與接收端的阻抗不匹配，訊號就會反射，傳輸效率就會下降。為了防止這種現象，需要進行阻抗匹配。
如果阻抗匹配不合適，訊號可能會被反射回來，從而造成訊號衰減或傳輸路徑上雜訊增加，因此必須小心。
這種匹配在高頻電路和天線設計中尤其重要，適當的阻抗匹配可以顯著提高通訊品質和整體系統性能。
為了實現阻抗匹配，通常使用電阻器、電容器和電感器等特定的電子元件。透過組合這些元件，可以調整電路特性以實現所需的阻抗。
另外，使用同軸電纜等傳輸路徑時，需要與電纜本身的特性阻抗相符。這最大限度地提高了訊號傳輸效率，並確保了通訊穩定可靠。
阻抗匹配方法
如何在天線電路中進行阻抗匹配
天線電路中的阻抗匹配通常使用匹配網路來實現。常見的技術是利用L型、T型、π型等濾波器結構來調整整個電路的特性阻抗，使其接近50Ω或75Ω。
為了有效處理天線接收到的弱訊號，需要優化至低雜訊放大器（LNA）的傳輸路徑。尤其重要的是保持從天線到放大器的接線盡可能短以減少傳輸損耗，並適當地匹配阻抗以防止訊號反射。
對於接收電視訊號的天線，通常使用增強放大器將接收到的訊號放大，然後再接線到建築物內。在這種情況下，重要的是使用 75 Ω 同軸電纜連接天線和放大器，並使用低損耗電纜以盡可能縮短距離。
另外，由於插入衰減器會增加雜訊係數並顯著降低接收靈敏度，因此即使VSWR值較差，最好也避免在此部分插入固定衰減器。
如何插入隔離器
在專業設備中，隔離器用於防止駐波引起的頻率特性的惡化。透過在設備的輸入或輸出端安裝隔離器，可以保持正在使用的頻帶內的訊號品質。
在高頻段操作時，插入隔離器尤其重要。在高頻下，即使很小的阻抗不匹配也會造成很大的損耗，因此需要使用隔離器來確保可靠的訊號傳輸。
在選擇合適的隔離器時，重要的是考慮頻帶、插入損耗和隔離性能等特性，以選擇最適合您系統的隔離器。這可以顯著提高通訊系統的性能，並有望提高訊號品質。
如何插入阻抗轉換器
阻抗轉換器用於消除發射器和接收器之間的阻抗不匹配。阻抗轉換器允許不同阻抗的設備之間的連接，從而增加系統設計的靈活性。
例如，將輸出阻抗為50Ω的訊號產生器連接到75Ω的測量儀器進行測量時，由於阻抗的差異，會發生訊號反射，無法進行準確的測量。因此，採用阻抗轉換器來優化兩者之間的介面。使用阻抗轉換器解決相容性問題可以實現穩定的通訊。
有各種類型的轉換器可用，包括電阻器、變壓器和帶狀線類型，並且可以根據應用進行選擇。使用轉換器時，可以透過選擇轉換後阻抗匹配的同軸電纜，最大程度地提高訊號傳輸效率。經過阻抗轉換後，使用與轉換值相符的同軸電纜連接設備。如果已將其轉換為 75 歐姆，請使用 75 歐姆同軸電纜連接設備。
如何選擇 50Ω 和 75Ω 同軸電纜
50Ω和75Ω同軸電纜有不同的用途和特性。首先，讓我們回顧一下每個的特點。
50歐姆同軸電纜主要用於無線通訊設備和資料傳輸系統。適用於需要高功率處理能力的應用，例如行動電話系統、GPS天線和各種測量儀器。 50 歐姆電纜在功率處理能力和訊號損耗之間實現了良好的平衡，使其非常適合無線設備。
另一方面，75 歐姆同軸電纜具有傳輸電視和視訊訊號的最佳特性。它廣泛用於處理視訊訊號的設備，例如接收有線電視和衛星廣播。其訊號衰減小，電容低，適合長距離訊號傳輸。
選擇電纜時要考慮的重要一點是所連接設備的用途。對於無線通訊和資料傳輸，選擇 50 歐姆；對於電視和視訊訊號，選擇 75 歐姆。另外，如果佈線距離較長，則需要選擇適當粗細的電纜，以減少訊號衰減。然而，粗電纜可能難以處理，因此請務必考慮安裝環境。
此外，選擇支援所用頻帶的電纜也很重要。此外，50 Ω 和 75 Ω 之間的連接器形狀可能不同，因此您必須檢查與所連接裝置的相容性。選擇同軸電纜時，請檢查要連接的設備的阻抗，並選擇與之匹配的電纜，以確保最佳訊號傳輸。
摘要
同軸電纜的阻抗是決定訊號傳輸品質的重要因素。透過選擇合適阻抗的電纜並進行適當匹配，可以實現高品質的訊號傳輸。
根據應用選擇合適的電纜（50 Ω 或 75 Ω）並在必要時使用阻抗轉換器，您可以建立一個訊號損失最小的高效系統。
為了達到高品質的訊號傳輸，請參考本文介紹的電纜特性及選用方法，選擇最適合您需求的同軸電纜。
