大家都知道“特性阻抗”，是射頻傳輸線(xiàn)影響高頻電波電壓、電流的幅值和相位變化的固有特性，等于各處的電壓與電流的比值，特性阻抗的單位是歐姆。那么從全世界范圍來(lái)看，占主導地位的射頻/微波同軸傳輸線(xiàn)阻抗都是50Ω。特別是在無(wú)線(xiàn)通訊領(lǐng)域，各種射頻器件，連接器，同軸線(xiàn)纜cable，甚至一些射頻PCB印制線(xiàn)都是以50Ω阻抗作為標準。這是為什么呢？

合適連接器

01從生產(chǎn)工藝的角度

從PCB生產(chǎn)加工工藝角度出發(fā)，以現有的大部分PCB生產(chǎn)廠(chǎng)商的設備考慮，生產(chǎn)50Ω阻抗的PCB是比較容易實(shí)現的。

從阻抗計算過(guò)程可知，過(guò)低的阻抗需要較寬的線(xiàn)寬以及薄介質(zhì)或較大的介電常數，這對于目前高密板來(lái)說(shuō)空間上比較難滿(mǎn)足。

過(guò)高的阻抗又需要較細的線(xiàn)寬及較厚的介質(zhì)或較小的介電常數，不利于EMI及串擾的抑制，同時(shí)對于多層板及從量產(chǎn)的角度來(lái)講加工的可靠性會(huì )比較差。

控制50Ω阻抗在使用常用板材（FR4、RO4350B等）、常用芯板的環(huán)境下，生產(chǎn)常用的板厚的產(chǎn)品（如0.508mm、1mm、1.2mm等），可設計常見(jiàn)的線(xiàn)寬（4~10mil），這樣板廠(chǎng)加工起來(lái)是非常方便的，對其加工使用的設備要求也不是很高。

合適連接器平臺

02從PCB設計方面考慮

50Ω也是綜合考慮之后的選擇。從阻抗計算過(guò)程可知，對于寬度確定的走線(xiàn)，板材介質(zhì)越薄，阻抗越低。3個(gè)主要的因素會(huì )影響PCB走線(xiàn)的阻抗。

首先，是PCB走線(xiàn)近區場(chǎng)的EMI（電磁干擾）和這個(gè)走線(xiàn)距參考平面的高度（即微帶線(xiàn)到參考地的距離）是成一定的比例關(guān)系的，高度越低意味著(zhù)輻射越小。

其次，串擾會(huì )隨走線(xiàn)高度有顯著(zhù)的變化，把高度減少一半，串擾會(huì )減少到近四分之一。

最后，高度越低阻抗越小，不易受電容性負載影響。

03從信號全路徑方面考慮

設計中還需要考慮最關(guān)鍵的一個(gè)因素，那就是芯片的驅動(dòng)能力，在早期大多數芯片驅動(dòng)不了阻抗小于50Ω的傳輸線(xiàn)，而更高阻抗的傳輸線(xiàn)由于實(shí)現起來(lái)不便，所以折中采用50Ω阻抗。

04從電氣性能的角度

下面再從損耗的角度看看。在高頻高速線(xiàn)路中有個(gè)趨膚效應。業(yè)界己經(jīng)證明50Ω對于趨膚效應來(lái)說(shuō)，它的損耗是最小的。通常電纜的趨膚效應損耗L（以分貝做單位）跟總的趨膚效應電阻R（單位長(cháng)度）除以特性阻抗Z0成正比。

總的趨膚效應電阻R是屏蔽層和中間導體電阻之和。屏蔽層的趨膚效應電阻在高頻時(shí)，和它的直徑d2成反比。同軸電纜內部導體的趨膚效應電阻在高頻時(shí)，和他的直徑d1成反比。總共的串聯(lián)電阻R，因此和(1/d2+1/d1)成正比。

綜合這些因素，給定d2和相應的隔離材料的介電常數Er,可以計算出在趨膚效應損耗最小的情況下d2/d1的比值。假定固態(tài)聚乙烯的介電常數為2.25，趨膚效應損耗最小時(shí)，d2/d1=3.5911得出特性阻抗正是50Ω。

05從歷史的角度

一個(gè)廣為流傳的故事版本，來(lái)自于HarmonBanning的《電纜：關(guān)于50Ω的來(lái)歷可能有很多故事》。在微波應用的初期，二次世界大戰期間，阻抗的選擇完全依賴(lài)于使用的需要.對于大功率的處理，30Ω和44Ω常被使用。

另一方面，最低損耗的空氣填充線(xiàn)的阻抗是93Ω。在那些歲月里，對于很少用的更高頻率，沒(méi)有易彎曲的軟電纜，僅僅是填充空氣介質(zhì)的剛性導管。半剛性電纜誕生于50年代早期，真正的微波軟電纜出現是大約10年以后了。

隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，需要給出阻抗標準，以便在經(jīng)濟性和方便性上取得平衡。在美國，50Ω是一個(gè)折中的選擇；為聯(lián)合陸軍和海軍解決這些問(wèn)題，一個(gè)名為JAN的組織成立了，就是后來(lái)的DESC，由MIL特別發(fā)展的歐洲選擇了60Ω。

事實(shí)上，在美國最多使用的導管是由現有的標尺竿和水管連接成的，51.5Ω是十分常見(jiàn)的。看到和用到50Ω到51.5Ω的適配器/轉換器，感覺(jué)很奇怪的最終50Ω勝出了，并且特別的導管被制造出來(lái)（也可能是裝修工人略微改變了他們管子的直徑）。不久以后，在象Hewlett-Packard這樣在業(yè)界占統治地位的公司的影響下，歐洲人也被迫改變了。

上邊說(shuō)是一個(gè)故事，但是確實(shí)反映出一個(gè)事實(shí)，50Ω是一個(gè)經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐后的折中產(chǎn)物。早期微波射頻系統常用同軸線(xiàn)纜作為連接線(xiàn)，從設計角度考慮，肯定是希望經(jīng)過(guò)同軸線(xiàn)纜傳輸的微波射頻信號傳輸功率能盡量大，而傳輸損耗盡量的小。

大概在1929年，貝爾實(shí)驗室做了很多實(shí)驗和推導，最終發(fā)現對于同軸線(xiàn)纜，當同軸線(xiàn)特征阻抗為30Ω時(shí)，可以傳輸的信號功率是最大的；當同軸線(xiàn)特征阻抗為77Ω時(shí)，同軸線(xiàn)纜傳輸信號的損耗是最小的。

30Ω和77Ω的算術(shù)平均值為53.5Ω，30Ω和77Ω的幾何平均值是48Ω，我們經(jīng)常所說(shuō)的50Ω標準阻抗其實(shí)是53.5Ω和48Ω的一個(gè)工程上的折中考慮，即同時(shí)兼顧最大功率傳輸和最小損耗。

而且，通過(guò)實(shí)踐發(fā)現，50Ω的系統阻抗，對于半波長(cháng)偶極子天線(xiàn)和四分之一波長(cháng)單極子天線(xiàn)的端口阻抗也是匹配的，引起的反射損耗是最小的。

綜上，對于射頻應用種的50Ω阻抗標準，是業(yè)界經(jīng)過(guò)長(cháng)期的實(shí)踐統一下來(lái)的，從生產(chǎn)制造上，從設計上，電氣性能上，歷史因素上都是一個(gè)折中的選擇。