在电子电路设计和信号传输领域，传输线的特性对于确保信号的有效传输至关重要。本文将详细介绍传输线的三个关键特性：特性阻抗、反射和阻抗匹配。

认识特性阻抗

电阻是我们熟悉的物理，依据欧姆定律U=I×R，能明确电压、电流和电阻三者的关系。我们可以通过一个简单的电路，由电源、电阻和导线构成，来直观分析它们之间的具体关系，且电阻阻值可用万用表直接测量。

然而，特性阻抗与电阻不同。当用万用表测量一根 50 欧姆特性阻抗的导线时，会显示短路。这表明我们要从概念上区分电阻（即便阻值恰好为 50 欧姆）和特性阻抗。特性阻抗与射频紧密相关。像电台、手机通讯信号、wifi 等设备，都是向外发射信号能量的，能量从射出后不再返回，如同机枪扫射，子弹射出后不会回来。

在传输射频能量的导线中，我们期望射频信号传过去后不再反传回来，若有能量反传，说明传输效果不佳。为更好地理解特性阻抗，我们来看一个例子。在同一电路板上有两根很长的导线，由于在同一电路板上，它们的铜皮厚度相同，长度假设为无限长，不同的是宽度。假设 1 号导线宽度为 1 个单位，2 号导线宽度为 2 个单位，即 2 号线宽度是 1 号线的两倍。

如上图所示，若两根导线连接相同的射频发射源，在相同的一小段时间T内，由于发射源相同，两根线的输出射频电压相同，射频传输距离也相同（假设接近光速）。但 2 号线比 1 号线宽一倍，所以 2 号线需要 1 号线两倍的电量来填满多出的线宽面积（这是导线铜皮与底面产生的电容效应），即Q2=2Q1。根据i=Q/T（射频电流 = 电量 / 时间），可知 2 号线的射频电流是 1 号线的两倍。

我们知道电阻R=U/I，特性阻抗也有类似关系：特性阻抗Z0=射频电压 / 射频电流。由于射频电压相同，i2=2i1，所以 2 号线的特性阻抗只有 1 号线的一半。这表明线越宽，特性阻抗越小。

实际上，特性阻抗受多种因素影响，包括材料、导线与底板地间距等。通俗来讲，特性阻抗可理解为导线对其上面传输的射频能量阻碍力的大小。

认识传输线的反射

前面我们假设导线是无限长的，但实际中导线长度有限。当射频信号到达导线末端，能量无法释放时，就会沿导线反传回来，就像对着墙喊话会产生回音一样。这意味着我们理想中射频信号发射出去不反射回来的情况在现实中并不存在。

如上图所示，若在线的末端接上一个电阻来消耗（或接收）线上传输的射频能量。有人会问，为什么导线的特性阻抗不消耗能量，非要接电阻才行？其实，导线主要用于传输能量，本身几乎不消耗能量（类似于电容或的属性），而电阻是消耗能量的元件。

存在三种特殊情况：

• 当R=Z0（特性阻抗）时，传输过来的能量刚好被末端电阻吸收完，没有能量反射回去，可将导线视为无限长。
• 当R=∞（开路）时，能量全部反射回去，且在线的末端点会产生 2 倍于发射源的电压。
• 当R=0时，末端点会产生一个 -1 倍于源电压的反射。

认识阻抗匹配

阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，以实现功率输出的工作状态。需要注意的是，阻抗匹配主要针对射频电路，对于功率电路并不适用，否则可能会损坏元件。

我们常听说特性阻抗为 50 欧姆、75 欧姆等，50 欧姆这个数值是约定俗成的，一般认为对于射频电路，50 欧姆的特性阻抗能使传输效果更好。也就是说，当导线和的特性阻抗设计为 50 欧姆时，是因为电路负载相当于 50 欧姆的电阻。若特性阻抗偏离这个值，传输效果会变差。