传输线特征阻抗解析

考虑一对延伸至无限长的平行导线，末端无负载。合上电源开关时，线路表现为开路。它根本不消耗电流吗？见下图。

驱动无限长传输线

即使导体为完美超导体(零电阻)，导体间分布电容也无法消除。任何两根绝缘分离的导体天然构成电容，如下图。

等效电路显示导体间杂散电容

电压施加于两导体间形成电场并储存能量。储存能量对抗电压变化，遵循关系式 i = C dV/dt。因此，合闸瞬间的电压阶跃迫使线路电容充电，从电源汲取电流。理想瞬时电压上升情况下，电流理论上无限大。

然而，平行导线汲取电流非无限大，因为每根导体磁场在线路产生分布电感。磁场储存能量对抗电流变化，遵循 e = L di/dt。感性压降限制分布电容两端电压上升，防止电流趋向无限。

等效电路显示杂散电容与电感

电压充电容，电流充电感

两导体间近光速电荷转移形成电压电流波前沿沿线传播。波传播过程中，分布电容电感逐渐建立至全电压电流，如下图序列。

未充电传输线

波前开始传播

波前继续传播

以光速传播

因这些相互作用，无限长导线对从电源汲取恒定有限电流。分布电容永不充至电源电压，分布电感永不允许无限电流。因此导体表现不为无源导线，而是有源电路元件：传输线。

从电池视角，此线表现为电阻负载，尽管仅由电感电容组成(假设超导导体)。线路有效电阻称特征阻抗(Z₀)，完全由几何结构决定。空气绝缘双线线路Z₀公式：

同轴线公式：

两公式要求单位一致。绝缘介质非空气时，特征阻抗和传播速度改变。线路传播速度与光速之比称速度因子，仅取决于绝缘体相对介电常数。计算式：

特征阻抗亦称天然阻抗。它代表无限长线因分布电容电感而呈现的等效电阻，致使电压电流波以光速分数传播。

由前两式可见，导体间距增大Z₀增大。增大间距减小电容增大电感，导致阻抗升高、给定电压下电流减小。反之靠近导体增大电容减小电感，降低阻抗、增大电流。

无耗散损耗(理想介质、超导导体)时，特征阻抗等于单位长度电感除电容的平方根：