0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

射频设计里,为什么是50欧姆?

suanjunihao 来源:suanjunihao 作者:suanjunihao 2023-01-04 00:44 次阅读

射频设计里,为什么是50欧姆?

50欧姆对射频人来说,是一个最最最常见的阻抗。司空见惯,以至于见怪不怪。为什么是50 欧姆?30欧姆行不行?100欧姆呢?谁定了这个标准?

今天我们就来聊一聊 50欧姆 的来龙去脉。

做了十多年的射频设计,终于发现,射频电路设计就是一个纠结的过程。对于我这种选择困难综合征的人来说更是如此。这种设计性能更好,那种设计体积更小,另一种设计成本更低。有没有又好又小又便宜的设计呢?我觉得应该有,所以每次都在寻找最佳方案。这种不断纠结的过程可以说贯穿整个项目的研发周期。

50欧姆 也是一个纠结来纠结去的折中。这个折中来自于哪里呢?我们一起看一下。

射频电路设计一个永恒的话题就是功率和功耗。如何传输最大的功率?如何把功耗降到最小?无耗只存在于理想中,有耗才是现实。50 欧姆就是在最大功率和最低损耗的平衡中得到的一个值。

拿我们最常用的同轴电缆做个例子。看一下 50欧姆 是什么样的一个阻抗值?

poYBAGO0W4aAEdG0AAFh81zN45Y906.png

上图是同轴线的示意图,有内导体和外导体组成,因为内导体和外导体共轴,所以称作同轴线。同轴线传输的主要模式是TEM模,高次模除了TEM模的倍频,还有空腔导致的TE、TM模。我们所用到的同轴线都是在TEM模式下工作的,其场分布如下图所示:电场从内导体外表面到外导体内表面,磁场环绕内导体,在长度方向上周期分布。

pYYBAGO0W4eAb5yWAAFyFh_qA_U698.png

稳定的工作模式,超级宽的工作带宽,超级低的传输损耗,同轴线在发明之初就得到了广大射频工程师的喜爱。比它的老前辈双线不知好了多少倍。所以在1930年开始,射频工程师们就开始寻找一种最佳的同轴线缆——最高的功率和电压传输,最低的损耗。可是研究越深入,工程师们愈发现,这种最好似乎不可能实现。为什么呢?

首先,最大的功率容量对应的阻抗是30欧姆,而最大的电压对应的阻抗是60欧姆。这两者就差了很多大。如下图所示

poYBAGO0W4iAHcv3AAJDR4Z-BHc553.png

更为重要的是,最小损耗对应的特征阻抗更高,是77欧姆。

pYYBAGO0W4mAMDByAAFuSAYSYMY972.png

这三者相差甚远。不信的话,你阻抗匹配试试,看看回波变化有多大?这和50欧姆也没什么关系啊。折中就在这里啦。工程师喜欢平均,最大功率阻抗和最低损耗阻抗的算术平均是53.5欧姆,是不是接近50啦? 还有一个几何平均是48欧姆。就是说,48欧姆到53欧姆这个阻抗范围,射频工程师都是可以接受的,不会影响太多的功率容量和信号损失。因此呢,50欧姆这个值就诞生了。慢慢成为了射频设计的一个标准值。

这就是50欧姆的由来。当然在一些特定场合,75欧姆和30欧姆也会用到的。

定这个阻抗标准有什么好处呢?

除了上文所说到的功率和损耗的折中,更重要的是,50欧姆是射频器件的一个端口标准。一个射频系统由很多个射频模块组成,而我们在设计单个射频模块时,只要把端口设置成50欧姆,这样系统集成的时候,端口就很容易实现匹配,不至于驴头不对马嘴,单个模块天下无敌,合到一起烂到掉渣。

当然这也只是理想情况,实际电路设计中我们很难做到完全50欧姆。比如我们端口回波损耗有时候只能做到10dB。但是记住,这个10dB的回波,只是针对端口阻抗50欧姆来说的,换个阻抗,性能变化很大。这个50欧姆端口阻抗就是我们测试线口的阻抗,所以测试前,要进行校准,确保测试线口是50欧姆。

对于同轴线,有几个重要的参数公式需要牢记。

1,阻抗公式

poYBAGO0W4mAC7L6AAA9XP3Jh18412.png

其中,b是外导体半径,a是内导体半径。

对于空气同轴线,50欧姆对应的内外导体半径比是2.302. 这个值建议牢记心中,因为会经常用到。而75欧姆对应的内外导体半径比是3.5. 这个在滤波器设计中比较常用。 买电子元器件现货上唯样商城

外导体越粗,阻抗越高,内导体越粗,阻抗越小。这个在糖葫芦低通里面特别明显,如下图所示,它的高低阻抗就是靠改变内导体的粗细来实现的。

poYBAGO0W4qAASKMAALrTZq_pKI024.png

2,截止频率公式

pYYBAGO0W4uAQiWpAAAX-OC1bnI171.png

这个截止频率就是同轴线中工作的最低高次模频率。我们上文说过了,同轴线可以在很宽的频带内只传输TEM模,第一个高次模 TE11模的截止频率和内外半径成反比,如上文公式。对于一个特征阻抗为50欧姆的同轴传输线,D和d的关系就定下来了。很直观的可以看出来,同轴线的直径越大,截止频率越低。填充的介质介电常数越高,截止频率越低。这个在线缆、接头选择上尤为重要。通常线缆和接头的截止频率要低于这个理想的截止频率,通常为90%左右。

下图给出了常用射频接头和线缆的工作频率。

pYYBAGO0W4uAGqQ2AAFGuv0HAm8898.png

来源:射频学堂 ,作者:RF小木匠

审核编辑黄昊宇

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 射频
    +关注

    关注

    104

    文章

    5575

    浏览量

    167699
  • 电路设计
    +关注

    关注

    6673

    文章

    2451

    浏览量

    204203
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    射频电路设计中50欧姆的来龙去脉

    50欧姆射频人来说,是一个最最最常见的阻抗。司空见惯,以至于见怪不怪。为什么是50 欧姆?30欧姆
    发表于 07-12 10:40 2288次阅读

    50Ω阻抗问题详解及射频电路设计中的阻抗匹配

    为什么很多射频系统或者部件中,很多时候都是用50欧姆的阻抗。
    的头像 发表于 04-06 11:17 6200次阅读
    <b class='flag-5'>50</b>Ω阻抗问题详解及<b class='flag-5'>射频</b>电路设计中的阻抗匹配

    射频系统中的50欧姆特性阻抗

    射频行业,经常会听到一些说法,这根电缆的特性阻抗是50欧姆,这条微带线的特性阻抗是50欧姆等等
    发表于 05-05 09:43 1.8w次阅读
    <b class='flag-5'>射频</b>系统中的<b class='flag-5'>50</b><b class='flag-5'>欧姆</b>特性阻抗

    射频系统中的50欧姆特性阻抗详细介绍

    射频行业,经常会听到一些说法,这根电缆的特性阻抗是50欧姆,这条微带线的特性阻抗是50欧姆等等
    发表于 11-23 10:30 8次下载
    <b class='flag-5'>射频</b>系统中的<b class='flag-5'>50</b><b class='flag-5'>欧姆</b>特性阻抗详细介绍

    50欧姆对于射频设计到底有什么意义?

    50欧姆射频人来说,是一个最最最常见的阻抗。司空见惯,以至于见怪不怪。为什么是50 欧姆?30欧姆
    发表于 09-08 10:11 1013次阅读

    射频设计,为什么是50欧姆

    今天我们就来聊一聊 50欧姆 的来龙去脉。 做了十多年的射频设计,终于发现,射频电路设计就是一个纠结的过程。对于我这种选择困难综合征的人来说更是如此。这种设计性能更好,那种设计体积更小
    的头像 发表于 12-19 22:29 881次阅读
    <b class='flag-5'>射频</b>设计<b class='flag-5'>里</b>,为什么是<b class='flag-5'>50</b><b class='flag-5'>欧姆</b>?

    射频设计,为什么是50欧姆

    50欧姆射频人来说,是一个最最最常见的阻抗。司空见惯,以至于见怪不怪。为什么是50 欧姆?30欧姆
    的头像 发表于 01-03 10:19 872次阅读
    <b class='flag-5'>射频</b>设计<b class='flag-5'>里</b>,为什么是<b class='flag-5'>50</b><b class='flag-5'>欧姆</b>?

    射频设计,为什么是50欧姆

    50欧姆 也是一个纠结来纠结去的折中。这个折中来自于哪里呢?我们一起看一下。
    发表于 06-08 11:53 419次阅读
    <b class='flag-5'>射频</b>设计<b class='flag-5'>里</b>,为什么是<b class='flag-5'>50</b><b class='flag-5'>欧姆</b>?

    聊一聊50欧姆的来龙去脉

    50欧姆射频人来说,是一个最最最常见的阻抗。司空见惯,以至于见怪不怪。为什么是50 欧姆?30欧姆
    发表于 07-05 09:13 2071次阅读
    聊一聊<b class='flag-5'>50</b><b class='flag-5'>欧姆</b>的来龙去脉

    聊一聊射频设计50欧姆的来龙去脉

    50欧姆射频人来说,是一个最最最常见的阻抗。司空见惯,以至于见怪不怪。为什么是50 欧姆?30欧姆
    发表于 08-25 10:35 1414次阅读
    聊一聊<b class='flag-5'>射频</b>设计<b class='flag-5'>里</b><b class='flag-5'>50</b><b class='flag-5'>欧姆</b>的来龙去脉

    射频为什么50欧姆 射频阻抗为什么是50欧姆

    射频为什么50欧姆 射频阻抗为什么是50欧姆  射频
    的头像 发表于 09-02 10:21 3335次阅读

    50欧姆半刚性同轴线缆的应用

    广泛用于高频通信系统中。由于其低损耗和高度隔离外部干扰的特性,50欧姆半刚性同轴线缆适用于无线电频率范围内的信号传输。例如,在无线通信基站中,50欧姆半刚性同轴线缆用于连接天线和
    的头像 发表于 11-27 16:19 1073次阅读

    RF射频电路为什么选取50欧姆作为阻抗匹配的数值呢?

    RF射频电路为什么选取50欧姆作为阻抗匹配的数值呢?这个数值是怎么确定下来的,背后有什么意义? 阻抗匹配是RF射频电路设计中非常重要的一个概念,它涉及到信号的传输效率和功率的最大化。通
    的头像 发表于 12-07 13:37 2729次阅读

    如何选择适合的50欧姆N头

    德索工程师说道选择适合的50欧姆N头需要考虑多个因素,包括应用需求、威廉希尔官方网站 规格和环境条件。以下是一些关键的考虑点:  通信设备:如果你的应用是无线通信设备,如基站、天线或射频收发模块,选择具有
    的头像 发表于 10-23 10:12 178次阅读
    如何选择适合的<b class='flag-5'>50</b><b class='flag-5'>欧姆</b>N头

    为什么是50欧姆,50欧姆阻抗的来源和意义

    本文介绍了在射频、PCB、阻抗匹配和S参数相关知识中经常提到的50Ohm(欧姆)阻抗的来源和意义。 当我们在说射频、PCB以及阻抗匹配和S参数相关知识时,经常会提到
    的头像 发表于 11-22 10:43 430次阅读
    为什么是<b class='flag-5'>50</b><b class='flag-5'>欧姆</b>,<b class='flag-5'>50</b><b class='flag-5'>欧姆</b>阻抗的来源和意义