同轴电缆SPD的阻抗匹配

黄 灏，王绍俊

1.烟台市气象局，山东 烟台 264003

2.烟台市万盛雷电防护工程技术有限责任公司，山东 烟台 264003

0 引言

同轴电缆通常也被称做细缆，在10Base2网络中是主要的信号传输介质，但随着10/100BaseT网络的普及，双绞线已逐渐取代了细缆的位置，成为了现在局域网络的主要传输介质。

在网络中，同轴电缆虽被双绞线取代，但它并没有退出通信系统的舞台。在现代网络中同轴电缆主要作为E1线路（广域网常用专线）的接入介质，因此在视频传输中得到广泛的应用。同轴电缆抗干扰能力很弱，尤其是雷电磁脉冲对其影响很大，很容易产生雷电过电压而损坏连接的设备，但可以通过安装BNC接口的SPD来防止雷电过电压损坏相连的设备。

由于同轴电缆的应用于不同的系统，其外型一样但阻抗分50Ω或75Ω等。其SPD选择时如果阻抗不匹配，虽接口、电压等满足要求，但长时间工作会使线路的带宽下降并产生损耗。

1 同轴电缆简介

同轴电缆（Coaxial）是指有两个同心导体，而导体和屏蔽层又共用同一轴心的电缆。最常见的同轴电缆由绝缘材料隔离的铜线导体组成，在里层绝缘材料的外部是另一层环形导体及其绝缘体，然后整个电缆由聚氯乙烯或特氟纶材料的护套包住。

目前，常用的同轴电缆有两类：50Ω和75Ω的同轴电缆。75Ω同轴电缆常用于CATV网，故称为CATV电缆，传输带宽可达1GHz，目前常用CATV电缆的传输带宽为750MHz。50Ω同轴电缆主要用于基带信号传输，传输带宽为1MHz～20MHz，总线型以太网就是使用50Ω同轴电缆，在以太网中，50Ω细同轴电缆的最大传输距离为185m，粗同轴电缆可达1000m。

1.1 宽带电缆

是CATV系统中使用的标准，它既可使用频分多路复用的模拟信号发送，也可传输数字信号。同轴电缆的价格比双绞线贵一些，但其抗干扰性能比双绞线强。当需要连接较多设备而且通信容量相当大时可以选择同轴电缆。

1.2 网络同轴电缆

内外由相互绝缘的同轴心导体构成的电缆：内导体为铜线，外导体为铜管或网。电磁场封闭在内外导体之间，故辐射损耗小，受外界干扰影响小。常用于传送多路电话和电视。

1.3 同轴电缆

同轴电缆的得名与它的结构相关。同轴电缆也是局域网中最常见的传输介质之一。它用来传递信息的一对导体是按照一层圆筒式的外导体套在内导体（一根细芯）外面，两个导体间用绝缘材料互相隔离的结构制选的，外层导体和中心轴芯线的圆心在同一个轴心上，所以叫做同轴电缆，同轴电缆之所以设计成这样，也是为了防止外部电磁波干扰异常信号的传递。

2 阻抗匹配概念

特性阻抗是指无限长传输线上各处的电压与电流的比值，用Z0表示。 同轴电缆的特性阻抗的计算公式为：

D为同轴电缆外导体铜网内径；d为同轴电缆芯线外径；εr为导体间绝缘介质的相对介电常数；

由公式可以看出，同轴电缆特性阻抗只与导体直径D和d以及导体间介质的介电常数εr有关，而与同轴电缆长短、工作频率等参数无关。一般对于同轴电缆的阻抗为50Ω与75Ω。

阻抗匹配是指同轴电缆终端所接负载阻抗ZL 等于同轴电缆特性阻抗Z0 时，称为同轴电缆终端是匹配连接的。匹配时，同轴电缆上只存在传向终端负载的入射波，而没有由终端负载产生的反射波，因此当SPD安装时就成为了终端负载，匹配能保证同轴电缆连接设备取得全部信号功率，当SPD阻抗为50Ω时，与50Ω的电缆是匹配的，而当SPD阻抗为75Ω欧时，与50Ω的电缆是不匹配的，如果50Ω的SPD安装在75Ω的同轴电缆时将对原通信系统产生很大的影响，所以SPD的阻抗与同轴电缆的阻抗一定要匹配。

3 阻抗匹配性能

阻抗的匹配是生产SPD的一项重要参数，如果阻抗匹配做的不好，那安装上SPD会对原通信线路产生损耗以至带宽降低。

在不匹配的情况下，馈线上同时存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方，电压振幅相加为最大电压振幅V max ，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅V min ，形成波节；其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间，这种合成波称为行驻波，反射波电压和入射波电压幅度之比叫作反射系数R表示为：

波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比，记为 T，其表示为：

终端负载阻抗ZL和特性阻抗Z0越接近，反射系数 R 越小，驻波比T越接近于1，匹配也就越好，在GB50343-2004的5.4.2中规定电压驻波比应小于1.3，但应注意一些特殊系统，如卫星接收等对信号衰减有严格要求的系统，其驻波比应小于1.14，在选型时应尽量选择驻波比接近于1的SPD。

4 阻抗匹配判断

同轴电缆的应用主要是视频传输与E1线路，对于视频传输一般应用于监控系统，其传输的是模拟信号，阻抗为75Ω；对于E1线路（广域网常用专线）的接入，主要是通过两根同轴电缆经E1转换盒，转换为RJ45接口的网线，此时同轴电缆传输的是数字信号，其阻抗为50Ω，在防雷设计中这两个系统是最常见的。

对于一些同轴电缆的应用，不容易判断其匹配的阻抗，因为电缆外形相同，在不确定阻抗的时可以查找系统相关的资料，还有就是凭经验来判断，一般的50Ω同轴电缆的BNC接头芯比75Ω芯要粗一些。

5 结论

同轴电缆除了在E1及视频应用外，在移动通信机房等也有重要应用，对于常见的E1及视频的电缆很好判断其阻抗，但一些不常见的通信是很难判断的，在SPD选型时一定要主要阻抗的匹配，否则不匹配会产生损耗，而影响原通信线路。

[1]雷击电磁脉冲防护 IEC 61312-1第三部分：浪涌保护器的要求.

[2]同轴电缆的性能参数.

[3]建筑物电子信息系统防雷技术规范 GB50343-2004.