特性阻抗

无限长的平行导线假设我们有一组无限长的平行导线，末端没有灯泡。当我们闭合开关时会发生什么？由于导线的末端不再有负载，这个电路是开路的。难道电路中一点电流都没有吗？（如图）

驱动无限传输线。尽管在这个“思维实验”中我们可以通过使用超导体来避免导线的电阻，但我们无法消除导线长度上的电容。任何由绝缘介质隔开的一对导体都会在这些导体之间产生电容：（下图）

显示导体之间杂散电容的等效电路。两个导体之间施加的电压会在这些导体之间产生电场。能量储存在这个电场中，这种能量储存导致对电压变化的反对。电容对电压变化的反应由方程i = C(de/dt)描述，这告诉我们电流将与电压随时间变化率成正比。因此，当开关闭合时，导体之间的电容将通过充电并从电源中吸取电流来对抗突然的电压增加。根据方程，施加电压的瞬间上升（由完美开关闭合产生）会导致无限大的充电电流。电容和电感然而，一对平行导线所吸引的电流不是无限的，因为由于电感，导线上存在一系列阻抗。（下图）请记住，任何导体中的电流都会产生一个相应大小的磁场。能量储存在这个磁场中，（下图）这种能量储存导致对电流变化的反对。每根导线在为导线之间的电容充电时都会产生一个磁场，并且根据电感方程e = L(di/dt)降低电压。这种电压降限制了分布电容上的电压变化率，阻止电流达到无限大：显示杂散电容和电感的等效电

电压充电电容，电流充电电感。由于两根导线中的电荷载体以接近光速的速度相互传递运动，电压和电流变化的“波前”将以相同的速度沿导线长度传播，导致分布电容和电感分别逐渐充电至全电压和电流，如下所示：
未充电的传输线
开始波传播。

继续波传播。
以光速传播。传输线这些相互作用的最终结果是，通过电池源的电流被限制在有限的幅度。由于导线是无限长的，它们的分布电容永远不会完全充电到源电压，它们的分布电感永远不会允许无限的充电电流。换句话说，只要开关闭合，这两根导线就会从源中吸取电流，表现为一个恒定的负载。这些导线不再仅仅是电流的导体和电压的载体，而是构成了一个具有独特特性的电路元件。这两根导线不再是一对导体，而是一条传输线。作为一个恒定的负载，传输线对施加的电压的反应是电阻性的，而不是感性的，尽管它完全由电感和电容组成（假设超导线具有零电阻）。我们之所以这样说，是因为从电池的角度来看，一个永远消耗能量的电阻和一个永远吸收能量的无限传输线之间没有区别。这条线的阻抗（电阻）以欧姆为单位，称为特性阻抗，它由两个导体的几何形状决定。对于空气绝缘的平行线，特性阻抗可以这样计算： 如果传输线是同轴结构，特性阻抗遵循不同的方程： 在两个方程中，分数的两个项必须使用相同的测量单位。如果绝缘材料不是空气（或真空），特性阻抗和传播速度都会受到影响。传输线的真实传播速度与真空中光速的比值称为该线的波速系数。波速系数纯粹是绝缘材料的相对介电常数（也称为其介电常数）的一个因素，定义为材料的电场介电常数与纯真空的比值。任何电缆类型（同轴或其他）的波速系数可以通过以下公式非常简单地计算： 自然阻抗特性阻抗也称为自然阻抗，它指的是如果传输线是无限长的，由于分布电容和电感，电压和电流“波”沿其长度以等于光速的某个大分数的传播速度传播，传输线的等效电阻。从前两个方程中可以看出，传输线的特性阻抗（Z0）随着导体间距的增加而增加。如果导体彼此远离，分布电容将减少（电容器“板”之间的间距更大），分布电感将增加（两个相对磁场的抵消减少）。更少的并联电容和更多的串联电感导致对于任何给定的施加电压，线路吸取的电流更小，根据定义，这是一个更大的阻抗。相反，将两个导体靠近会增加并联电容并减少串联电感。这两种变化都导致对于给定的施加电压，线路吸取的电流更大，相当于一个更小的阻抗。排除任何耗散效应，如介质“漏电”和导体电阻，传输线的特性阻抗等于线路单位长度的电感与线路单位长度的电容的比值的平方根： 线路单位长度的电感与线路单位长度的电容的比值的平方根