Om man talar om en kabel (vanligtvis koaxialkabel) som en 50 eller 75Ohm kabel, då betyder detta kabelns karakteristiska impedans. Detta kan inte mätas med en ohmmeter eftersom det bara sker med högfrekvent växelström och en ohmmeter mäter vanligtvis med likström.
Den karakteristiska impedansen är inte heller beroende av kabelns längd, till skillnad från dess serieresistans.

Hur kommer det sig?

Med likström i en koaxialkabel flyter strömmen i en riktning i innerledaren och i motsatt riktning i skärmen. Endast den ohmska är aktuell här Resistens av de två ledarna (innerledaren har vanligtvis ett högre motstånd än skärmen). Dessa motstånd ökar proportionellt mot kabellängden.
En 1m kabel har dubbelt så mycket motstånd som en 50cm kabel. Denna resistans kan mätas med en ohmmeter förutsatt att den har ett lämpligt intervall för de låga resistanserna (vanligtvis under 1 ohm).

Situationen är annorlunda för högfrekvent växelström (t.ex. radiofrekvenser). Det är här signalhastigheten i kabeln spelar in. Detta är praktiskt taget samma som ljusets hastighet om det finns luft eller vakuum som isolator mellan innerledaren och skärmen. Detta är opraktiskt, i praktiken används en plast för detta och dess egenskaper bromsar signalutbredningen. Typiska koaxialkablar har en signalhastighet på cirka 2/3 av ljusets hastighet.
För en tydlig beskrivning av effekten, låt oss anta att det inte är en sinusformad signal med en viss frekvens som ska överföras i kabeln, utan en impuls med oändligt branta kanter. Det finns egentligen inte något sådant, men det här är ett idealiserat tankeexperiment. Pulsen bör börja med en stigande flank och efter en tid återgå till föregående värde med en sjunkande flank.

Så om vi skickar den pulsen nerför tråden kommer den stigande kanten att rasa genom tråden med 2/3 av ljusets hastighet och så småningom anlända till andra änden. Under denna tid märker inte elektroniken som genererar pulsen, det vill säga utgången som kabeln är ansluten till, vad som händer i andra änden av kabeln. Motståndet som utgången "ser" beror bara på själva kabeln.
Först när pulsen har kommit till den andra änden samverkar den med mottagaren i änden av kabeln, och effekten kan bli (vid "missmatch") att en del av pulsenergin reflekteras tillbaka in i kabeln. Detta innebär att en annan kant går tillbaka ner i kabeln till den sändande enheten, återigen med 2/3 av ljusets hastighet. Först när denna reflekterade puls kommer till sändaren märker den något om den mottagande enhetens egenskaper.

Ljusets hastighet är cirka 300,000 30 km/s, alltså 20 cm/ns. Två tredjedelar av det är XNUMX cm/ns.
Med en kabel som är 1 m lång tar det cirka 10 ns för en utgång att dö Reflexion "ser" en utsänd pulskant. Under dessa 10 ns är det bara själva kabeln som belastar utgången. Det resulterande belastningsmotståndet under denna korta tid är den karakteristiska impedansen. Det beror på kabelns geometri och de material som används.

För att vara mer exakt är den karakteristiska impedansen ett resultat av förhållandet mellan linjeinduktansen och kapacitansen mellan innerledaren och skärmen. Dessa är båda fördelade över kabellängden, förhållandet är oberoende av längden, varför den karakteristiska impedansen är oberoende av längden.

Reflektioner uppstår när mottagaren är felaktig, dvs när dess ingångsresistans inte motsvarar kabelns karakteristiska impedans. Om båda motstånden är lika, letar ingången på mottagaren i änden av kabeln efter
inkommande puls ser ut som en perfekt fortsättning på kabeln och ingenting reflekteras. Ju större skillnaden är, desto mer av pulsenergin återförs. I de två extrema fallen med den öppna kabeländen
(oändligt ingångsresistans) eller den kortslutna änden av kabeln (noll ingångsresistans), all energi reflekteras. I dessa fall kommer impulsen tillbaka fullt ut (minus kabelförlusterna).

Sändarens utgång bör också justeras korrekt. Om dess utgångsresistans inte stämmer överens med kabelns karakteristiska impedans, kommer en återkommande impedans att reflekteras Signal reflekterar igen och springer tillbaka till
mottagare. I extrema fall kan pulskanten löpa fram och tillbaka i kabeln flera gånger om båda ändarna inte passar ihop.

Dessa effekter kan för övrigt användas för att hitta fel i kabeln. Detta är särskilt användbart när kablarna är svåra att komma åt, t.ex. B. begravd i jorden. För att göra detta skickar du en brant impuls in i kabeln och väntar på reflektioner. Tiden det tar för reflektionen att komma fram till matningspunkten är ett mått på hur långt bort defekten är. Du kan sedan z. B. rikta grävmaskinen till rätt plats. Denna metod kallas TDR (Time Domain Reflectometry).

I exemplet ovan med 10 ns i 1m kabeln blir det tydligt att kantbrantheten på pulsen måste vara så stor att hela kanten måste täckas på mindre än 10 ns, annars skulle reflektionen inträffa redan under stigningen
ankommer. Ju långsammare kanten är, desto svårare är det att skilja originalkanten och reflektionen isär. Så om vi har signaler med så låg kantbranthet att fördröjningen i kabeln är tillräckligt kort, då kan effekten negligeras och den karakteristiska impedansen spelar inte längre någon roll. Så: Den karakteristiska impedansen spelar en viktigare roll, ju längre kabeln är och desto brantare är flankerna.

Enligt signalteorin (Fourier) har flankernas branthet ett direkt samband med signalfrekvenserna. Man kan också göra dessa överväganden med sinusformade signaler med motsvarande frekvens. Det kanske inte är det
mer så levande, men man kan kanske ändå föreställa sig att stående vågor kan bli resultatet av felmatchningar i kabeländarna. Den lägsta frekvensen av sådana stående vågor är resultatet av
Kabellängd. Om det är kortslutning i båda ändarna, t.ex. B. en halvvåg i kabeln, så frekvensen i vår 1m kabel är 100MHz.

Så man kan se att det måste vara ganska höga frekvenser, åtminstone så länge kablarna inte blir särskilt långa.
Som en "tumregel" talar man om en "elektriskt kort" kabel om kabeln är kortare än 1/10 av våglängden för den högsta sända frekvensen. Med dessa förhållanden kan vågeffekter – och följaktligen även vågmotståndet och de tillhörande missanpassningarna – i allmänhet försummas. Om man tillämpar detta på ljudteknik, där den högsta frekvensen generellt antas vara 20kHz, betyder det att en kabel bara inte längre kan antas vara elektriskt kort längre än en längd på 1km. Om du föredrar att räkna med en bandbredd på 100kHz kan du ändå få en kabellängd på 200m utan att behöva oroa dig för reflektioner eller stående vågor.

Ljudanslutningar är därför alltid felaktiga och kablarna har vanligtvis inte en definierad karakteristisk impedans. Frekvenserna är helt enkelt för låga för att det ska spela någon roll. Endast med videosignaler eller med digitala ljudsignaler uppstår frekvenser som är tillräckligt höga för att nå in i det "intressanta" området. Och även här brukar kablarna vara tillräckligt korta i hemtrakten för att undvika problem.

Så innan någon blir förvirrad av informationen om karakteristiska impedanser bör de kort överväga vilka signalfrekvenser och kabellängder det handlar om, d.v.s. om ett problem överhuvudtaget kan förväntas under de givna omständigheterna.
Det bör också nämnas att de karakteristiska impedanserna som anges för kablar endast gäller höga frekvenser som ligger långt över ljudområdet.

För lägre frekvenser är den karakteristiska impedansen komplex och beror på frekvensen, eftersom en linje beter sig i denna frekvensområde hur många RC-kretsar kopplade i serie. Eftersom linjerna som används i ljudsektorn är korta är det bara den kapacitiva komponenten som har en effekt, vilket ibland är nödvändigt för
kablar anges i tekniska data.