特征阻抗是對于交流信号(或者說高頻信号)來說的.特征阻抗屬于長線傳輸中的一個概念，信号在傳輸線中傳輸的過程中，在信号到達的一個點，傳輸線和參考平面之間會形成電場，由于電場的存在，會産生一個瞬間的小電流，這個小電流在傳輸線中的每一點都存在。同時信号也存在一定的電壓，這樣在信号傳輸過程中，傳輸線的每一點就會等效成一個電阻，這個電阻就是我們提到的傳輸線的特征阻抗。

什麼是特性阻抗

特性阻抗(ρ)的連續性基本上就取決于分布參數 L0、C0 比值的穩定性，我們都知道歐姆定律：U=RI，其中的 R 就是電阻或者叫電阻負載，單位為歐姆(Ω)。電阻與金屬材料的電阻率 (又稱導電系數)有關，但在高頻信号的傳輸過程中，我們還需要了解傳輸高頻信号的物理介質(比如雙絞線、同軸線、波導)的傳輸特性，它不同于低頻信号，這種傳輸特性與傳輸介質的導電材料(例如銅或銀) 、導電系數(電阻率)、幾何形狀(最常見為圓柱形)、分布電感(L0)、分布電容(C0)、絕緣材料(的介電常數)等都有關系，而低頻信号傳輸時則往往不考慮這些分布參數和絕緣材料介電常數的影響。

所有的電子線路圖中都用 L 代表電感，C 代表電容器(通常是方形、原片形或圓柱形的元件)。但從微觀上看，雙絞線其實就是兩根彼此靠近的圓柱形銅導體，截取一段雙絞線來深入觀察和研究，你會發現它就是彼此靠近的一對圓柱形銅導體而已。問：圓柱形銅導體是不是自身就存在電感和電容呢？答案是：存在。一米雙絞線的每根圓柱形銅芯雖然外形上不是電感器，但本身也存在微量的“體電感”；兩根相互靠近的一米銅導體雖然外形上不是電容器，但兩者之間确實存在着微量的電荷感應(感應系數即為“體電容”)。這些“外形特征”不像，但“身體”中包含着的微量電感、電容我們就叫做分布參數(分布電感 L0、分布電容 C0)，特性阻抗(ρ)的連續性或者說穩定性其實基本上取決于分布參數 L0、C0 比值的穩定性

以上圖中的一對“綠色”線對為例，為了分析方便，我們可以把它們等效為圖中左下角的電路。電路中的 L0 就是體電感(分布電感)，C0 就是分布電容，R0 就是這段銅導體的電阻。用來衡量這些分布參數對信号傳輸有何影響時，我們會得出一個算式比較複雜的相關性的等效參數，由于這個參數等效計算的結果正好是以歐姆(Ω)為單位，所以中文把這個參數譯做“特性阻抗”，有時簡稱阻抗(即上圖中右上角的計算公式 ρ=……)。這個特性阻抗參數和歐姆定律中常引用的純電阻完全是兩個概念，雖然它們計量單位都是歐姆，但此“歐姆”非彼“歐姆”—特性阻抗是薇電阻 R0 暨“分布參數”彼此“感應作用”的一個等效值，它被用來簡要地衡量和描述導體介質的傳輸特性，且不随“均勻”傳輸線的長度改變而發生變化(雖然有時根據計算的會需要假設信号傳輸線的長度為無限)，而電阻是與傳輸線的長度密切相關的一個參數，傳輸線越長，電阻值通常也越大。特性阻抗表達式雖然複雜，但随着工作頻率的提高(一般大于 1~2MHz 以後)，其值會趨于穩定不變。近似地，此穩定值隻與(L0/C0)比值平方根值和絕緣材料的介電常數有關(參見上圖右上角關于雙絞線特性阻抗的計算公式 ρ=……，其中，d 為銅纜芯線的直徑，D 為兩根芯線的中心間距，Ɛ為絕緣塑料的介電常數)。所以，材料不變的情況下，隻要傳輸線保持結構均勻(即 d 和 D 保持均勻不變)，其分布參數 L0、C0 就會保持不變，其比值 L0/C0 也會保持不變。那麼鍊路每“一點”的特性阻抗也會保持不便(即保持阻抗的連續性)。所以總結下來就是，特性阻抗是由d, D,Σr 所決定b. 特性阻抗和長度無關,如果測試的頻率大于1MHz,特性阻抗與頻率幾乎無關.c. 僅減小d, 特性阻抗增加d. 僅減小D, 特性阻抗減小e. 僅減小Σr ,特性阻抗增加.d=中心導體的直徑(m) D=外部導體或覆被的内徑(m)Σr =絕緣材質的介電系數。

特性阻抗對線纜小白來說可能不好理解，為了方便大家理解，我們舉一個類比的例子來加以說明。一條道路，如果非常平整，則我們就說它的平整度(特性阻抗)很高(亦即阻抗連續性好)。如果出現坑窪不平，我們就說他的平整度差(阻抗不連續)。如果前面路斷了(斷頭路)，則車輛行人隻能掉頭回來(斷頭相當于電纜開路，阻抗突變為無窮大)。如果路面坑窪颠簸得很厲害，則底盤低的轎車就會放棄前行掉頭返回(阻抗突變導緻信号産生回波)。由此可以幫助理解：阻抗越連續(平順)，則信号回波越少。反之，回波越大，則阻抗越不連續(路面不平整順)。所以，通過測量回波，我們就可以了解路面的質量(電纜的阻抗連續性)。

目前我們雙絞線常見的特性阻抗規格是 100Ω ，一般要求安裝好的鍊路阻抗的波動值(即路面的不平整度)不要超過±10%，相對于特性阻抗 100Ω 規格數據電纜而言，也就是 90Ω~110Ω 是可以接受的。不過，由于鍊路的每一點其阻抗值在不同頻率和位置都可能是不同的，這為阻抗的精确和方便地測試造成了一定困難，但由于阻抗不連續與“回波”是正相關的，而回波對信号的破壞作用是顯而易見的，所以從 90 年代後期開始，主流标準都不再要求測試阻抗，而是專們測試與阻抗連續性密切正相關的回波損耗(RL, Return Loss)。

雙絞線是一種傳輸線。理論上，“均勻傳輸線”上沿長度方向上每一點的分布參數的感應等效值(即特性阻抗 ρ)是不變的，這就前面提到的“阻抗連續性”。例如，一段 100 米的“均勻雙絞線”，其 30 米處的特性阻抗值和 50 米處的特性阻抗值理論上應該是一樣的(都是标準的 100Ω，即分布電感和分布電容、微電阻、絕緣材料等是保持均勻、一緻且對稱的)。而真實條件下的雙絞線都不是真正的均勻雙絞線，傳輸線上每點的特性阻抗值會因為制造誤差、安裝變形等原因可能都是不一樣的，存在着一定的波動(例如存在 10%的波動)。這種阻抗不連續的現象是由于傳輸線的加工過程無法做到完全保持線對的連續、均勻一緻且與周圍金屬導體保持結構均勻對稱而造成的。如果生産過程中銅線的直徑和銅線外絕緣層的厚度随機地發生微小的變化，那麼電磁感應的分布參數值 L0(體電感)和 C0(體電容)就會發生微小變化，L0/C0 也會變化，最終經等效公式計算出來的特性阻抗值就會發生變化。例如，30 米處特性阻抗為 103Ω，而 32 米處有可能為 98Ω。類似地，同軸線也存在同樣的情況，同軸線中的内導線直徑會沿着長度方向發生微小變化，外導體(圈)的直徑和内外導體之間的絕緣層的厚度也會發生微小變化，這樣其特性阻抗值也會發生微小變化，所以電磁感應值的分布沿長度方向是不連續的，也就是說沿長度方向的特性阻抗值是不連續的。更常見的是在連接器的地方，例如插座：這裡的導體形狀、尺寸、介質材料等都會發生顯著變化，而且是人為設計的顯著變化，也是阻抗不連續需要關注的重點産品和部位。

分布參數隻有在傳輸高頻信号時才産生明顯影響(長線理論)，而在低頻信号傳輸時分布參數的微小變化對信号傳輸的影響是很微弱的(可完全忽略)。例如，用特性阻抗為 75Ω 的同軸線傳輸 4 千赫茲頻率的低頻語音信号(電話)，那麼即便是阻抗發生大幅度突變，同軸線對這種信号的傳輸基本上沒有影響(相當于短線)，但如果這根同軸線中傳輸的是 200MHz 的有線電視信号，則很可能因阻抗不連續(例如跳線使用了特性阻抗為 50Ω 的同軸電纜，在連接插座的地方就有 75Ω-50Ω = 25Ω 的特性阻抗突變)，從而導緻電視信号的來回多次在不同阻抗的電纜中反射，屏幕上的圖像就可能出現嚴重的重影。

阻抗突變是阻抗不連續的一種典型表現，一般發生在傳輸鍊路上發生幾何尺寸明顯變化的地方(典型的就是在連接器插頭段、插座等部位)，也發生在導體材料突變和絕緣介質突變的地方(當然，也可能出現在電纜受外力損傷的地方)。用網線舉例說明，例如，雙絞線和水晶頭之間的連接點就是一個阻抗突變點 — 因為雙絞線的材質、結構和幾何尺寸與水晶頭内金屬片的材質、結構和幾何尺寸、絕緣材料等均不同，兩者(可經計算得到)的等效阻抗也可能不一樣 —這就會造成阻抗不連續。再如，雙絞線與模塊(插座)的内部金屬結構、幾何尺寸都不相同，等效阻抗也不一樣，兩者相連接時就會在打線的接觸點上出現阻抗突變的現象。同樣地，水晶頭與模塊的接觸點也是典型的阻抗不連續點。

計算機網絡曾經使用的同軸電纜(特性阻抗為 50 歐姆)和有線電視使用的同軸電纜(75 歐姆)特性阻抗不同，兩者前後“誤接”到一起時也會發生阻抗突變，突變點就在連接點處。沿着線對向前傳輸的信号在阻抗突變點會發生反射，突變越大反射的能量越強，突變越大，反射越強。那麼這些回波有什麼危害嗎？除了前面提到的同軸電纜阻抗突變會令電視出現重影外，在數據電纜中，因為千兆以太網信号端口上的每個線對被設計成既是發射端口又是接收端口(也就是說信号的發射端口上同時又“并聯”了一個接收信号輸入端口)。這樣一來反射回來的信号會回到信号的這個接收端，此回波信号與對端傳來的正常信号會在此被疊加在一起而被一同接收，緻使信号變形、失真，導緻識别出錯，丢包率上升。回波也是導緻信噪比劣化的又一個重要因素(回波在此也相當于一個幹擾噪聲)。

如果傳輸線的末端開路，此時可以認為開路點阻抗值變成無窮大，“相對”突變值也是無窮大(從 100Ωà ∞Ω，∞是無窮大的意思)，由于突變的“尺度”太大，則信号傳輸到末端時會幾乎全部反射回來。總線在末端一般都有一個“堵頭”，就是用純電阻連接在開路端，全部吸收總線上的電磁波能量，使它們不會反射回總線中去破壞正常的數據幀波形。

如果傳輸線的末端短路，此時可以認為此短路點的阻抗值為“零”(100Ωà0Ω)，“相對”的阻抗突變值也是“尺度”極大，則信号能量傳輸到短路點時也會被幾乎全部反射回來。由此可知，開路和短路是阻抗突變的兩個極端情形，反射回來的信号能量在此時此處都是最大的。我們就是利用這點特性來測量電纜的長度和定位開路/短路位置。那麼，開路和短路點誰反射能量更大呢？由于兩者都是阻抗極限突變，反射能量都幾乎接近與 100%。

對于特性阻抗為 75 歐姆的同軸線(家用模拟信号電視用的就是這種線)，如果在傳輸線的開路末端(即暫時不接電視機的那個插座上)接上一個 75 歐姆的純電阻，則模拟有線電視信号傳輸到此末端時會被這個純電阻全部吸收，末端就沒有信号能量會被反射回來，家裡其它電視機就不會有重影出現(注：純數字電視不存在發射信号重影的影響)。類似地，對于 100 歐姆 UTP 電纜(非屏蔽雙絞線)，如果在對端的每對線對上各接上一個 100 歐姆純電阻後，信号能量在對端也會被全部吸收，不會有信号能量反射回來。這種在傳輸線末端接上純電阻的方法是消除信号末端開路反射(回波)的一個重要技術，我們習慣上也把它稱作“終端阻抗匹配”、終端匹配電阻或簡稱“匹配終端”。匹配電阻的阻值必須與傳輸線的特性阻抗值相等，這樣才能将信号能量全部吸收而不反射回去。匹配電阻通常都設計制作在網卡端口内的電路闆上。類似地，在 120Ω總線的兩端也要各接上一個 120Ω的外接純電阻，可防止信号在總線内來回反射(疊加)，避免幹擾、破壞正常的總線數據幀的傳輸

其實，阻抗匹配的概念并不止于此，如果将兩段均勻的同軸電纜連接起來，在連接點處如果“加工”工藝視屏高，金屬銜接平順，沒有出現微觀結構意義上的阻抗突變現象，則我們也把這兩段同軸線的連接也稱作匹配。推而廣之，凡是阻抗連續的連接點我們都說它們是“匹配”的。按照這個思路，我們就知道通常在雙絞線和模塊的連接點處，阻抗是很可能有“失配”現象存在的，一條布線鍊路中的接插件和連接件所在的位置經常也是阻抗不連續的位置(或者說是阻抗失配的位置)。不連續的原因主要是傳輸線的幾何結構或材質(包含絕緣介質的材質)發生了突變。凡是阻抗不連續點，也“一定是”一個信号能量的反射點(回波源)。

對于産品設計和生産商來說，就是要制作出連接點阻抗盡量平順連續的産品 —模塊、跳線、各種工業連接器、各種異型非标接插件等等。

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