同軸電纜SPD的阻抗匹配

黃 灝，王紹俊

1.煙臺市氣象局，山東 煙臺 264003

2.煙臺市萬盛雷電防護工程技術有限責任公司，山東 煙臺 264003

0 引言

同軸電纜通常也被稱做細纜，在10Base2網絡中是主要的信號傳輸介質，但隨著10/100BaseT網絡的普及，雙絞線已逐漸取代了細纜的位置，成為了現在局域網絡的主要傳輸介質。

在網絡中，同軸電纜雖被雙絞線取代，但它并沒有退出通信系統的舞臺。在現代網絡中同軸電纜主要作為E1線路（廣域網常用專線）的接入介質，因此在視頻傳輸中得到廣泛的應用。同軸電纜抗干擾能力很弱，尤其是雷電磁脈沖對其影響很大，很容易產生雷電過電壓而損壞連接的設備，但可以通過安裝BNC接口的SPD來防止雷電過電壓損壞相連的設備。

由于同軸電纜的應用于不同的系統，其外型一樣但阻抗分50Ω或75Ω等。其SPD選擇時如果阻抗不匹配，雖接口、電壓等滿足要求，但長時間工作會使線路的帶寬下降并產生損耗。

1 同軸電纜簡介

同軸電纜（Coaxial）是指有兩個同心導體，而導體和屏蔽層又共用同一軸心的電纜。最常見的同軸電纜由絕緣材料隔離的銅線導體組成，在里層絕緣材料的外部是另一層環形導體及其絕緣體，然后整個電纜由聚氯乙烯或特氟綸材料的護套包住。

目前，常用的同軸電纜有兩類：50Ω和75Ω的同軸電纜。75Ω同軸電纜常用于CATV網，故稱為CATV電纜，傳輸帶寬可達1GHz，目前常用CATV電纜的傳輸帶寬為750MHz。50Ω同軸電纜主要用于基帶信號傳輸，傳輸帶寬為1MHz～20MHz，總線型以太網就是使用50Ω同軸電纜，在以太網中，50Ω細同軸電纜的最大傳輸距離為185m，粗同軸電纜可達1000m。

1.1 寬帶電纜

是CATV系統中使用的標準，它既可使用頻分多路復用的模擬信號發送，也可傳輸數字信號。同軸電纜的價格比雙絞線貴一些，但其抗干擾性能比雙絞線強。當需要連接較多設備而且通信容量相當大時可以選擇同軸電纜。

1.2 網絡同軸電纜

內外由相互絕緣的同軸心導體構成的電纜：內導體為銅線，外導體為銅管或網。電磁場封閉在內外導體之間，故輻射損耗小，受外界干擾影響小。常用于傳送多路電話和電視。

1.3 同軸電纜

同軸電纜的得名與它的結構相關。同軸電纜也是局域網中最常見的傳輸介質之一。它用來傳遞信息的一對導體是按照一層圓筒式的外導體套在內導體（一根細芯）外面，兩個導體間用絕緣材料互相隔離的結構制選的，外層導體和中心軸芯線的圓心在同一個軸心上，所以叫做同軸電纜，同軸電纜之所以設計成這樣，也是為了防止外部電磁波干擾異常信號的傳遞。

2 阻抗匹配概念

特性阻抗是指無限長傳輸線上各處的電壓與電流的比值，用Z0表示。 同軸電纜的特性阻抗的計算公式為：

D為同軸電纜外導體銅網內徑；d為同軸電纜芯線外徑；εr為導體間絕緣介質的相對介電常數；

由公式可以看出，同軸電纜特性阻抗只與導體直徑D和d以及導體間介質的介電常數εr有關，而與同軸電纜長短、工作頻率等參數無關。一般對于同軸電纜的阻抗為50Ω與75Ω。

阻抗匹配是指同軸電纜終端所接負載阻抗ZL 等于同軸電纜特性阻抗Z0 時，稱為同軸電纜終端是匹配連接的。匹配時，同軸電纜上只存在傳向終端負載的入射波，而沒有由終端負載產生的反射波，因此當SPD安裝時就成為了終端負載，匹配能保證同軸電纜連接設備取得全部信號功率，當SPD阻抗為50Ω時，與50Ω的電纜是匹配的，而當SPD阻抗為75Ω歐時，與50Ω的電纜是不匹配的，如果50Ω的SPD安裝在75Ω的同軸電纜時將對原通信系統產生很大的影響，所以SPD的阻抗與同軸電纜的阻抗一定要匹配。

3 阻抗匹配性能

阻抗的匹配是生產SPD的一項重要參數，如果阻抗匹配做的不好，那安裝上SPD會對原通信線路產生損耗以至帶寬降低。

在不匹配的情況下，饋線上同時存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方，電壓振幅相加為最大電壓振幅V max ，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方電壓振幅相減為最小電壓振幅V min ，形成波節；其它各點的振幅值則介于波腹與波節之間，這種合成波稱為行駐波，反射波電壓和入射波電壓幅度之比叫作反射系數R表示為：

波腹電壓與波節電壓幅度之比稱為駐波系數，也叫電壓駐波比，記為 T，其表示為：

終端負載阻抗ZL和特性阻抗Z0越接近，反射系數 R 越小，駐波比T越接近于1，匹配也就越好，在GB50343-2004的5.4.2中規定電壓駐波比應小于1.3，但應注意一些特殊系統，如衛星接收等對信號衰減有嚴格要求的系統，其駐波比應小于1.14，在選型時應盡量選擇駐波比接近于1的SPD。

4 阻抗匹配判斷

同軸電纜的應用主要是視頻傳輸與E1線路，對于視頻傳輸一般應用于監控系統，其傳輸的是模擬信號，阻抗為75Ω；對于E1線路（廣域網常用專線）的接入，主要是通過兩根同軸電纜經E1轉換盒，轉換為RJ45接口的網線，此時同軸電纜傳輸的是數字信號，其阻抗為50Ω，在防雷設計中這兩個系統是最常見的。

對于一些同軸電纜的應用，不容易判斷其匹配的阻抗，因為電纜外形相同，在不確定阻抗的時可以查找系統相關的資料，還有就是憑經驗來判斷，一般的50Ω同軸電纜的BNC接頭芯比75Ω芯要粗一些。

5 結論

同軸電纜除了在E1及視頻應用外，在移動通信機房等也有重要應用，對于常見的E1及視頻的電纜很好判斷其阻抗，但一些不常見的通信是很難判斷的，在SPD選型時一定要主要阻抗的匹配，否則不匹配會產生損耗，而影響原通信線路。

[1]雷擊電磁脈沖防護 IEC 61312-1第三部分：浪涌保護器的要求.

[2]同軸電纜的性能參數.

[3]建筑物電子信息系統防雷技術規范 GB50343-2004.