有限长传输线：阻抗、反射与端接
无限长传输线是有用理论构造，但实际电缆有限长度，改变其行为。
多年前我用万用表测量50Ω RG-58/U电缆，有限长度导致读数“开路”(无限电阻)。若电缆真无限长，导体间电阻将等于其50Ω特征阻抗。
特征阻抗——常称浪涌阻抗——对短线也至关重要。瞬态电压(“浪涌”)施加线路时，流过电流即浪涌电压除浪涌阻抗(I=E/Z)。此欧姆定律关系仅在信号到达线末前短暂间隔成立。
线路末端若开路，传播电流波必须停止，因无路径供电荷流动。电荷载体突然堆积形成反向传播波，类比列车首节撞墙后逐节停车。
从源端发射至负载的信号称入射波；从负载反射回源端的信号称反射波。反射波到达源端后，线路表现为简单开路。因传播极快——速度因子0.66下8英里电缆单程仅8.1μs、往返16.3μs——万用表永远捕捉不到短暂电阻相。
入射波与反射波为何重要
高速仪器如时域反射仪(TDR)利用往返时间测量电缆长度或定位故障。原理同声纳：发脉冲测回波时间。
短路末端将电压波反射回源端，因两电气公共点间电压不能存在。反射波使整条线在往返时长内变为短路。
简单类比：绳子快速抽打一次。扰动沿绳传播耗散；若远端固定，第二波反射回手中。
有损传输线
反射波
实际中传输线旨在从源向负载传递电能。任何反射能量代表损耗并降低信噪比，故最小化反射是首要设计目标。
消除反射
负载阻抗精确匹配线路特征阻抗时反射消失。50Ω同轴电缆开路或短路反射所有入射能量，但端接50Ω电阻可完全吸收波。
概念上，无限长线从一端看如50Ω电阻。有限线仅瞬间表现为50Ω电阻；此后呈开路或短路取决于端接。
加装匹配端接恢复无限长线行为全时段。
无限传输线呈电阻状
一英里传输线
短路传输线
特征阻抗端接线路
使端接匹配线路天然阻抗，源端视线路如无限长，因端接电阻耗散能量如理想无限线吸收能量。
即使轻微失配——端接略高或低于特征阻抗——也产生部分反射。若源内阻也失配，反射波可再反射向负载，表现为额外脉冲。
回顾- 特征阻抗(浪涌阻抗)代表任意传输线暂时电阻行为。
- 有限长线对直流源仅短暂表现恒定电阻；此后测量阻抗取决于端接。
- 瞬态信号施加开/短路线产生反射波。入射波源→负载；反射波负载→源。
- 不完美匹配端接也产生反射。
- 匹配线路特征阻抗消除所有反射，使线路呈无限长状。
- 失配源阻抗可致再反射模拟额外发射脉冲。
工业技术