Waarom een 50-Ω coaxiale kabel zich als 50 Ω gedraagt bij AC-metingen, niet DC

Toen ik voor het eerst een lengte coaxiale kabel met "50 Ω" op de buitenmantel tegenkwam, was ik verward. Coaxiale kabel is een twee-leider systeem: een centrale geleider omringd door een geflochtene scherming, met een diëlektrikum dat de twee scheidt. De vlecht omringt de kern volledig, wat ze over de hele lengte isoleert. Deze constructie maakt coax ideaal voor het transmissie van zwakke, lage-amplitude signalen met uitstekende afscherming tegen externe storingen.

Gegeven de fysieke isolatie, verwachtte ik de weerstand tussen de scherming en de kern oneindig te zijn, en inderdaad bevestigde een ohm-meter dat: een DC-meting over de twee geleiders leest open-circuit. Elke geleider, gemeten van uiteinde tot uiteinde, vertoont de bijna-nul weerstand typisch voor een continue draad.

Waar komt de "50 Ω" dan vandaan? Het antwoord ligt in hoe de kabel zich gedraagt naar snel veranderende signalen, niet naar constante DC. In een transmissielijn vormen de gedistribueerde capaciteit tussen de geleiders en de inductie van de stroombanen samen een karakteristieke impedantie die eindig en frequentie-afhankelijk is. Voor standaard RG-58 coax, is die impedantie 50 Ω bij RF-frequenties.

Wanneer een hoge-frequentie AC-signaal of een snelle-opstijgende puls wordt toegepast, gedraagt de kabel zich niet als een simpel paar geïsoleerde draden. In plaats daarvan presenteert hij een 50 Ω belasting aan de bron, trekkend stroom evenredig aan de toegepaste spanning. Deze eigenschap is waarom coax alomtegenwoordig is in RF-communicatie, computernetwerken, en zelfs in het beschermen van energielijnen tegen surtensie-transienten.

In tegenstelling, bij de lage frequenties van 50 Hz of 60 Hz, of in DC-circuits, zijn de capacitieve en inductieve effecten verwaarloosbaar, dus de karakteristieke impedantie van de kabel is effectief irrelevant. Dat is waarom, tot we transmissielijntheorie verkenden, we ons nooit zorgen hoeven te maken om dit in basiscircuitstudies.

Samengevat, het 50 Ω label op een coaxiale kabel verwijst naar zijn karakteristieke impedantie voor hoge-frequentie of transiënte signalen, niet naar een DC-weerstandmeting.

Coaxiale kabelconstructie.

GERELATEERDE WERKBLADEN:

• Karakteristieke Impedantie Werkblad