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【Maker電子學】淺談高頻系統的原理與設計—PART9

   
作者:Bird

上一回【Maker電子學】淺談高頻系統的原理與設計—PART8 我們用一個實際的例子,計算了線路上波長與頻率的關係。當頻率越來越高,線路上的波長就會越來越短,而當波長短到與線路的長度接近甚至更小時,電路上各點的訊號相位差異就會大到我們可以測量到,這時候我們就不能把這個線路當作單純的導體來看,而要用「傳輸線理論」來分析它。

再談傳輸線

我們聊過很多次「阻抗」的概念,雖然很抽象,但有一個很簡單的原則:因爲阻抗的單位是「歐姆」,根據歐姆定律 V = IR,R = V / I,阻抗就是電壓與電流的比例。

在傳輸線理論中,所謂的「特性阻抗」(characteristic impedance)指的是傳輸線在傳遞能量或訊號時,流過傳輸線中的電壓與電流的比例。不過請記得一件事:會用到傳輸線理論的一定是高頻訊號,高頻訊號一定是交流訊號,因此它的電壓會在正與負之間變動、電流的的方向也會不斷變換

(圖片來源:Bird 提供)

如上圖所示,因爲波長短於線路的長度,電壓在線路上各點的值有可能會不一樣,所以線路上各點的電流方向也會不一樣,因此在交流電路中,我們常講的「方向」指的是能量流動的方向,而不是電流流動的方向

你可以想像在直流電路中始終往一個方向勇往直前的電子,在交流電路中會隨著電壓變化來回變換方向;到了高頻電路時,因爲頻率高到波長短於線路長度,這些電子甚至連把整段線路從頭走到完的機會都沒有,就被困在線路上一小段地方來回移動,也因爲這樣的現象,我們才需要用傳輸線理論來看待這樣的線路。

那麼傳輸線的特性阻抗是怎麼決定的呢?這是個非常複雜的課題。傳輸線有很多種形式:有線電視用的同軸電纜(coaxial cable)是傳輸線,Ethernet 用的 Cat. 四五六七類對絞線(twisted pair cable)也是傳輸線,甚至我們每天在用的 USB cable 都是傳輸線。

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Liang Bird

Author: Liang Bird

在外商圈電子業中闖蕩多年,經歷過 NXP、Sony、Crossmatch 等企業,從事無線通訊、影像系統、手機、液晶面板、半導體、生物辨識等不同領域產品開發。熱愛學習新事物,協助新創團隊解決技術問題。台大農機系、台科大電子所畢業,熱愛賞鳥、演奏管風琴、大提琴、法國號,亦是不折不扣的熱血 maker。

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