关于改善数字电缆输入阻抗的探讨

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1、关于改善数字电缆输入阻抗的探讨

2、第1　【摘要】从传输理论角度，详细论述了数据电缆特性阻抗与输入阻抗物理意见，指出了两者概念上的差别和实际使用中的不同之处。从实际制造的角度论证改进输入阻抗波动范围退扭理论，指出了改善输入阻抗波动范围的工艺措施。1　引言　　正如我们大家众所周知的那样：对称数据电缆的电气、传输参数中的绝大多数参数的值，是可以根据检测结果进行定性乃至于定量的分析，进而通过改变电缆结构元件的尺寸数值或元件彼此间的位置，来得以有效的改进。但也有极小数的参数与此不同，例如输入阻抗就是这些参数中典型的一个。由于输入

3、阻频率特性曲线的波动范围，与制造过程中的诸多随机缺陷有着极为直接的关系，而制造过程中这诸多的随机缺陷之间又彼此间相互关联，相互影响，错综复杂，因而使得我们对输入阻抗这一参数的波动范围很难准确地进行定性和定量分析，更无法通过改变元件的尺寸来缩小它的波动范围——这给我们电缆制造厂家的制造带来了不少的困难。例如：笔者所在地的技术监督部门，今年早些时候对市场上流通的数据电缆进行了一次抽查，被抽产品共计22家（其中4家国外产品），而达到产品包装标定标准的只有6家，合格率仅为27％。在16家不合格产品中几乎100％是由于输入阻抗

4、不合格或与此直接有关的SRL或RL不合格所至。从一定意义上讲，输入阻抗频率特性曲线波动范围的大小是一个数字电缆制造厂家产品质量水平，制造能力的综合表征。本文旨在，从阻抗的物理含义入手，通过计算分析，找出输入阻抗频率特性曲线产生波动的机理，进而探讨缩小其波动范围的措施。以保证产品的质量和高稳定性。2　有关阻抗的概念2．1　阻抗的物理含义　　在诸多的传输理论的书籍中，将对称通信电缆的阻抗分为特性阻抗和输入阻抗两个概念来加以论述，其二者的物理含义如下：　　特性阻抗（Zc）：电磁波沿均匀电缆线路传播而没有反射时所遇到的阻抗。

5、亦即线路终端匹配时，线路内任一点的电压波（U）和电流波（I）的比值，就是线路的特性阻抗。按上述物理含义，经推导后特性阻抗Zc的值可由下式计算得出。500)this.style.ouseg(this)">式（1）中：R——回路的有效电阻；L——回路电感；ω——角频率ω＝zπf；G——绝缘电导；C—回路工作电容。　　按上式计算出的均匀无反射电缆的特性阻抗的理论频率特性曲线如图1所示。500)this.style.ouseg(this)">输入阻抗（Zin）：电缆回路的输入阻抗为始端电压U0和电流I0之比，其值可由下式求得

6、（均匀的电缆线路）500)this.style.ouseg(this)">式（2）中：γ——电缆的传播常数；ZH——负载阻抗；l——电缆的长度；Zc——特性阻抗。　　实际电缆的输入阻抗的频率特性曲线如图2所示，在YD／T1019－2001中将该阻抗称复合阻抗。　　由于实际电路中几乎100％都有反射波的存在，因而特性阻抗的频率特性曲线在实际中很难十分准确地测出，基于设计目的YD／T1019－2001附录B中提出了拟合阻抗的概念，其定义如下：　　拟合阻抗：“为了设计目的对阻抗数据取得函数渐近线。”　　在实际使用中以此渐近

7、线代替特性阻抗Zc的频率特性曲线。拟合阻抗的频率特性曲线见图2所示。500)this.style.ouseg(this)">2．2　关于阻抗概念实际使用中的几点看法　　（1）如前所述，特性阻抗Zc和输入阻抗Zin无论是在物理含义上，还是计算方法以及与各自有关的因素上都有着很大的不同，两者只是在线路无任何反射波存在或者在长的电缆线路中值才是相等的，而在实际线路或者是短线路中情况就完全不同了，对此有的文章乃至相关的标准中将二者视为同一概念，这不但在用法上有待于商讨，而在实际中容易造成概念的混淆，正因为如此，ASTMD45

8、66标准的44条和45条中把图2中的拟合前的曲线定义为输入阻抗Zin以区别于特性阻抗Zc。笔者认为这一规定颇为确切，它不但体现了传输理论中的论述，而且在实际使用中给人们以确切清晰的概念，有效地避免了可能发生的混淆。　　业内权威人士徐乃英先生：在其《数字电缆的特性阻抗与结构回损》一文中也明确地阐明了这一点。本文也是在将图2中拟合前的曲线定义为输入阻抗Zin这个名称而加以讨论的。（全文如此）　　（2）拟合阻抗实质上是为了从输入阻抗Zin的频率特性曲线中分离出电缆结构效应的影响，而用数学的最小二乘法对其进行函数拟合后而得到

9、函数渐近线。这种拟合虽然存在着一定的拟合误差，但在一定程度上，可以用此来代替特性阻抗Zc的频率特性曲线，而用于结构调整和设计目的。　　（3）鉴于上述YD／T1019－2001中的第5．10．6．1条中表26的规定（即100±15Ω）应当是对输入阻抗Zin波动范围的规定，而不是对特性阻抗的限制范围；而该条中的表29中的规定（即下限为95Ω；上限为