本文介紹了在射頻、PCB、阻抗匹配和S參數(shù)相關(guān)知識(shí)中經(jīng)常提到的50Ohm（歐姆）阻抗的來源和意義。

當(dāng)我們在說射頻、PCB以及阻抗匹配和S參數(shù)相關(guān)知識(shí)時(shí)，經(jīng)常會(huì)提到50Ohm（歐姆）阻抗。而且這個(gè)數(shù)字反復(fù)出現(xiàn)在各種標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用說明和設(shè)計(jì)指南中，好像有什么不一樣的魅力。

那為什么是50Ohm，不是40Ohm，60Ohm或者100Ohm？ 難道50Ohm真的與眾不同嗎？

下面我們一起來了解下。

50Ohm這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的起源可以追溯到20世紀(jì)20年代末至30年代初，當(dāng)時(shí)電信業(yè)正處于起步階段。工程師們在設(shè)計(jì)無線電發(fā)射器使用的是充氣同軸電纜，希望信號(hào)能傳得越遠(yuǎn)越好，因此會(huì)用高功率發(fā)射，以便信號(hào)覆蓋更廣的區(qū)域。

但問題是，同軸電纜在傳輸中會(huì)有損耗，就像普通的電線一樣，如果功率太高，電纜可能會(huì)因?yàn)檫^熱而損壞，甚至熔化。所以，一直在尋找一種電纜，它既能承受較大的功率，又能保持低損耗，以實(shí)現(xiàn)更有效的射頻傳輸。

這可能嗎？

我們先從基本的同軸電纜說起，因?yàn)樗膬?nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體共軸，故叫此名。如下圖：

注意哈，后面要說的到同軸線的功率容量與內(nèi)外導(dǎo)體半徑有很大的關(guān)系。

同軸電纜的阻抗計(jì)算公式為：

式中εr 是介質(zhì)材料的相對介電常數(shù)，當(dāng)同軸電纜填充空氣時(shí)，η=120π。

其功率容量為公式為：

式中擊穿電壓 Vb 對應(yīng)的擊穿電場強(qiáng)度Eb。

電纜的損耗主要由趨膚效應(yīng)決定，可以通過如下公式計(jì)算。

式中Rs為金屬的表面電阻。

根據(jù)上面幾個(gè)公式的計(jì)算，具體過程就不在此展開了。最終發(fā)現(xiàn)在保證TEM 模式傳輸時(shí)的電纜：

最低損耗時(shí)特性阻抗在77Ohm；

最高功率容量的特性阻抗為 30Ohm。

另外，在TE10模式下，波導(dǎo)的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成使得電場分布最優(yōu)，這時(shí)波導(dǎo)的特性阻抗大約是60Ohm。

到這兒，我們還是看不出50Ohm阻抗怎么就成了標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際上據(jù)傳，50Ohm是上面3個(gè)值之間做出的一個(gè)折中選擇。它既接近77Ohm和30Ohm之間的平均值，也接近60Ohm，這使得它成為一個(gè)相對理想的選擇。

此外，對于某些介電填充電纜，損耗最小的阻抗恰好在50Ohm左右，這為選擇50Ohm提供了另一個(gè)自然的理由。

不過，除了50Ohm阻抗，75Ohm阻抗也是一個(gè)常見的標(biāo)準(zhǔn)。雖然電壓值的重要性相對較低，但75Ohm阻抗在某些情況下，如長距離電纜運(yùn)行中，仍然是一個(gè)有效的選擇。低成本的同軸電纜，特別是那些帶有空氣或低介電填充物的，可以達(dá)到77Ohm的阻抗，而75Ohm則是一個(gè)容易記憶且實(shí)用的四舍五入數(shù)字。

在高速或高頻信道中，S參數(shù)測量是一個(gè)重要的信號(hào)完整性指標(biāo)。這些參數(shù)是根據(jù)某個(gè)參考阻抗定義的，通常選擇50Ohm或75Ohm，因?yàn)檫@些值與高速/射頻系統(tǒng)中的介質(zhì)相匹配。通過考慮所需的終端阻抗，我們可以更好地理解S參數(shù)測量，并在設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

總之，50Ohm阻抗標(biāo)準(zhǔn)并非隨意選擇，而是基于一系列科學(xué)分析和歷史發(fā)展的結(jié)果，比如說是最高功率傳輸、最高電壓和最低衰減之間的平衡。