跳到正文
大学物理·电磁学

传输线:导线长度不能总被忽略

14 分钟

电路尺寸远小于信号波长时,可把导线近似为理想连接;上升沿很快或线很长时,电压电流沿线传播,必须使用分布参数传输线模型。关键尺度由最高重要频率和传播延迟决定,不只看时钟频率。

分布参数

单位长度电感、电容、电阻和电导构成电报方程。无损线的特性阻抗 Z₀=√(L/C),传播速度 1/√(LC);它们是线的波属性,不是用万用表量到的普通直流电阻。

反射系数

负载与Z₀不匹配时,入射波部分反射,反射系数由阻抗差决定。开路近似同相电压反射,短路近似反相。源端再次反射会产生多次阶梯与振铃。

驻波

正反向波叠加形成空间驻波,驻波比反映失配程度。仅测一个位置的幅度可能误判,需沿线或用时域反射定位。

终端匹配

串联、并联、戴维南和交流终端各有功耗、幅度与时序权衡。匹配目标是控制反射,不是每条短线都强行加电阻。

回流路径

高速信号回流会沿最低阻抗路径靠近信号线。参考面跨缝会增大环路、串扰和辐射,布线不能只看去程。

测量时探头地线本身也形成支路和环路,过长接地夹会把不存在于原电路的振铃带入波形。应使用合适带宽与短接地结构。

实验:用阶跃源观察不同终端的反射波形,按传播延迟估算线长并解释振铃。

小纸条

传输线的特性阻抗为什么不是导线的直流电阻?