Онлайн расчёт волнового сопротивления коаксиального кабеля и двухпроводной симметричной линии

Что такое волновое сопротивление? Формулы, калькулятор расчёта сопротивления, ёмкости и индуктивности двухпроводных и коакси­альных линий передач

Линия передачи – это два (или несколько) параллельных проводников, которые предназначены для передачи электрических сигналов от одного объекта к другому.
Линии передачи выполняются: 1) в виде параллельных либо скрученных проводов (витая пара), 2) коаксиального кабеля, 3) полосковых линий, имеющих форму тонких полосок и пластин.
Многообразие полосковых линий мы рассмотрим в рамках отдельной статьи, а темой данной страницы станут первые два типа линий передачи.

В соответствии с ГОСТ 18238-72 волновое сопротивление линии передачи – это величина, определяемая отношением напряжения падающей волны к току этой волны в линии передачи.
При этом волновое сопротивление не является обычным активным сопротивлением (например, в случае согласованной линии, мощность на нем не рассеивается), а представляет собой лишь удобный параметр, применяемый для расчетов и анализа происходящих процессов.
Условием распространения волны в одном направлении является равенство сопротивления источника сигнала и нагрузки линии её волновому сопротивлению. Если это условие не соблюдено, первичная волна порождает вторичную, которую обычно называют отраженной.

Волновое сопротивление (как правило, 30...600 Ом) в значительной степени зависит от поперечных размеров линии, а также свойств диэлектрика, расположенного между проводниками линии, и вычисляется по формуле:
,
где С – ёмкость разомкнутой линии, L – индуктивность линии, закороченной с одного конца.

Рассмотрим формулы, описывающие основные параметры линии передачи через её геометрические размеры:

Линия	Волновое сопротивление	Ёмкость на 1м длины	Индуктивность на 1м длины
А) Двухпроводная
В) коаксиальная

ε - относительная диэлектрическая проницаемость материала, расположенного между проводниками

Формулы для расчёта двухпроводной линии взяты из переводного англоязычного издания "Справочник по волновым сопротивлениям фидерных линий СВЧ" под авторством М. Ганстона. Они незначительно габаритней формул, приведённых в отечественных источниках, но при этом ощутимо точнее, особенно для линий с волновым сопротивлением менее 300 Ом.

Все попытки найти расчёты, которые адекватно (т. е. близко к реальной жизни) описывали бы параметры витой пары, к положительному результату не привели. Поэтому в данном случае следует сначала измерить ёмкость разомкнутой линии произвольной длины, затем индуктивность этой же линии, но замкнутой с противоположного конца, и с полученными результатами воспользоваться формулой (1), приведённой выше.

Сдобрим приведённый материал онлайн калькулятором.

Расчёт характеристик линии передачи по поперечным габаритам

Тип линии	Двухпроводная Коаксиальная
Диаметр проводников в двухпроводной линии или  центрального проводника в коаксиале, d (мм)
Расстояние между центрами проводов в двухпроводной  линии или внешний диаметр оплётки в коаксиале, D (мм)
Относительная диэлектрическая проницаемость  материала между проводниками, ε
Волновое сопротивление (Ом)
Ёмкость 1 метра линии (пФ/м)
Индуктивность 1 метра линии (мкГн/м)

При выборе в калькуляторе значения относительной диэлектрической проницаемос­ти можно воспользоваться данными, приведёнными в таблице:

Наименование материала	Относительная диэлектрическая   проницаемость, ε
Воздух	1,00055
Полиэтилен сплошной	2,28...2,4
Полиэтилен вспененный	1,4...1,65
Фторопласт – 4; 4Д; 4МБ	2,002...2,1
Фторопласт – 2М	3,0
Фторопласт – 4 ОШ	2,6
Полиимидно-фторопластовая плёнка	2,8...3,0
Полиамид (капрон)	3,1
Поливинилхлорид (ПВХ)	3,1...3,5
Кремнийорганическая резина	3,0...3,5
Силиконовая резина	4,0