前面讲解了福禄克网线测试仪中测试长度，串扰的原理，下面介绍最后一项回波损耗的原理。想要了解回波损耗，就先了解特性阻抗，下面给大家一一介绍。

【什么是电缆的特性阻抗？】读者大都熟知欧姆定律：U=RI，或者 R=U/I，其中的 R 就是电阻或者叫电阻负载，单位为欧姆(Ω)。电阻与材料的电阻率 (又称导电系数)有关。但在高频信号的传输过程中，我们需要了解传输高频信号的物理介质(比如双绞线、同轴线、波导)的传输特性，它不同于低频信号，这种传输特性与传输介质的导电材料(例如铜或银) 、导电系数(电阻率)、几何形状(最常见为圆柱形)、分布电感(L 0 )、分布电容(C 0 )、绝缘材料(的介电常数)等都有关系，而低频信号传输时则往往不考虑这些分布参数和绝缘材料的影响。

      这里需要先说说什么是分布参数。你一定知道，所有的电子线路图中都用 L 代表电感器(通常是线圈)，C 代表电容器(通常是方形、原片形或圆柱形的器件)。但从微观上看，绞线其实就是两根彼此靠近的圆柱形铜导体。截取一段双绞线(例如一米)来观察研究，会发现它就是彼此靠近的一对圆柱形铜导体而已。问：圆柱形铜导体是不是自身就存在电感和电容呢？答案是：存在。一米双绞线的每根圆柱形铜芯虽然外形上不是电感器，但本身也存在微量的“体电感”；两根相互靠近的一米铜导体虽然外形上不是电容器，但两者之间确实存在着微量的电荷感应(感应系数即为“体电容”)。这些“外形特征”不像，但“身体”中包含着的微量电感、电容我们就叫做分布参数(分布电感 L 0 、分布电容 C 0 )。

      用来衡量这些分布参数相关性的是一个算式比较复杂的等效参数，不过，由于这个参数等效计算的结果正好是以欧姆(Ω)为单位，所以中文把这个参数译做“特性阻抗”，有时简称阻抗(图 19 中的ρ)。请读者注意，这个特性阻抗参数和欧姆定律中常举例的纯电阻完全是两个概念，虽然计量单位都是欧姆，但此“欧姆”非彼“欧姆”–特性阻抗是分布感应参数的等效值，它被用来衡量导体介质的传输特性，且不随“均匀”传输线的长度改变而发生变化(虽然有时根据计算的需要会假设长度为无限)，而电阻是与传输线的长度密切相关的一个参数，传输线越长，电阻值通常也越大。特性阻抗表达式虽然复杂，但随着工作频率的提高(一般大于 2MHz 以后)，其值会趋于稳定。近似地，此此稳定值只与(L 0 /C 0 )比比值平方根值和绝缘材料的介电常数有关。所以，材料不变的情况下，只要传输线保持结构均匀，其分布参数 L 0 、C 0 就会保持不变，其比值 L 0 /C 0 也会保持不变。那么链路每“一点”的特性阻抗也会保持不便(即保持阻抗连续性)。

     双绞线常见的特性阻抗规格是 100Ω和 120Ω。前者通常用于计算机数据通信网络，后者较多用于现场总线和工控网。

      双绞线是一种传输线。理论上，“均匀传输线”上沿长度方向上每一点的分布参数的感应等效值(即特性阻抗ρ)是不变的，这就叫“阻抗连续性”。例如，一段 100 米的“均匀双绞线”，其 35 米处的特性阻抗值和 53 米处的特性阻抗值理论上应该是一样的(都是标准的100Ω，即分布电感和分布电容、微电阻、绝缘材料等是保持均匀、一致且对称的)。而真实条件下的双绞线都不是真正的均匀双绞线，传输线上每点的特性阻抗值会因为制造误差、安装变形等原因可能都是不一样的，存在着一定的波动(例如存在 10%的波动)。这种现象就叫做阻抗不连续。这是由于传输线的加工过程无法做到完全保持线对的连续、均匀一致且与周围金属导体保持结构均匀对称而造成的。如果生产过程中铜线的直径和铜线外绝缘层的厚度随机地发生微小的变化，那么电磁感应的分布参数值 L 0 (体电感)和 C 0 (体电容)就会发生微小变化，L 0 /C 0 也会变化，经等效公式计算出来的特性阻抗值就会发生变化。例如，52 米处特性阻抗为 103Ω，而 52.1 米处为 98Ω。类似地，同轴线也存在同样的情况，同轴线中的内导线直径会沿着长度方向发生微小变化，外导体的直径和内外导体之间的绝缘层的厚度也会发生微小变化，这样其特性阻抗值也会发生微小变化，所以感应值的分布沿长度方向是不连续的，也就是说沿长度方向的特性阻抗值是不连续的。

      需要提请读者注意的是，分布参数只有在传输高频信号时才产生明显影响( 长线理论)，但在低频信号传输时分布参数的微小变化对信号传输的影响是很微弱的(可完全忽略)。例如，用同轴线传输 4 千赫兹频率的低频语音信号(电话)，那么即便是阻抗发生大幅度突变的同轴线对这种信号的传输基本上没有影响(相当于短线)，但如果传输的是 200MHz 的有线电视信号，则很可能因阻抗不连续导致的来回多次反射而在屏幕上出现严重的图像重影。

      阻抗突变是阻抗不连续的一种典型表现，一般发生在传输链路上发生几何尺寸明显变化的地方，当然，也发生在材料突变和绝缘介质突变的地方。例如，双绞线和水晶头之间的连接点就是一个阻抗突变点—因为双绞线的材质、结构和几何尺寸与水晶头内金属片的材质、结构和几何尺寸均不同，两者的等效阻抗也不一样。再如，双绞线与配架模块(插座)的内部金属结构、几何尺寸都不相同，等效阻抗也不一样，两者相连接时就会在打线接触点出现阻抗突变的现象。同样地，水晶头插入模块后与模块的连接点也是典型的阻抗不连续点。

      计算机网络使用的同轴电缆(特性阻抗为 50 欧姆)和有线电视使用的同轴电缆(75 欧姆)特性阻抗不同，两者前后“误接”到一起时也会发生阻抗突变，突变点就在连接点处。

沿着线对向前传输的信号在阻抗突变点会发生反射，突变越大反射的能量就越强

     突变越大，反射越强。千兆以太网信号端口上的每个线对被设计成既是发射端口又是接收端口(同时担任)。那么反射回来的信号会回到信号的发送端(同时也是接收端)，与正常传输的信号叠加在一起被接收，致使信号读取出错。这是导致信噪比劣化的又一个重要因素。因此，对回波损耗参数要给出对应的指标要求。测试仪可以直接报告此参数是否合格。

      如果传输线的末端开路，此时可以认为开路点阻抗值变成无穷大，相对突变值也是无穷大，则信号传输到末端时会几乎全部反射回来。如果传输线的末端短路，此时可以认为短路点的阻抗值为“零”，阻抗突变值也极大，则信号能量传输到短路点时也会几乎全部反射回来。由此可知，开路和短路是阻抗突变的两个极端情形，反射回来的信号能量在此时此处都是最大的。我们可利用这点特性来测量电缆的长度和定位开路/短路位置。那么，开路和短路点谁反射能量更大呢？由于都是阻抗极限突变，反射能量都接近 100%。

      对于特性阻抗为 75 欧姆的同轴线(家用电视机用的就是这种线)，如果在传输线的对端接上一个 75 欧姆的纯电阻，则信号传输到对端时会被这个纯电阻全部吸收，造成没有信号能量会被反射回来。对于 100 欧姆 UTP 电缆(非屏蔽双绞线)，在对端的每对线对上各接上一个 100 欧姆纯电阻后，信号能量在对端也会被全部吸收，不会有信号能量反射回来。这种在传输线末端接上纯电阻的方法是消除信号反射的一个重要技术，我们习惯上也把它称作“终端阻抗匹配”或简称“终端匹配”。匹配电阻的阻值必须与传输线的特性阻抗值相等，这样才能将信号能量全部吸收而不反射回去。类似地，在 120Ω总线的两端也要各接上一个120Ω的纯电阻，防止信号在总线内来回反射(叠加)，避免干扰、破坏正常数据帧的传输。

      其实，阻抗匹配的概念并不止于此，如果将两段均匀的同轴电缆连接起来，在连接点处“加工”得很平顺，没有出现微观意义上的阻抗突变现象，则我们也把这两段同轴线的连接也称作匹配。推而广之，凡是阻抗连续的点我们都说它们是匹配的。按照这个思路，我们就知道通常在双绞线和模块的连接点处，阻抗是有“失配”现象存在的，一条布线链路中的接插件和连接件所在的位置经常也是阻抗不连续的位置，或者说是阻抗失配的位置。失配的原因主要是传输线的几何结构(尺寸和形状)或材质发生了突变。也凡是阻抗不连续点也“一定是”一个信号能量的反射点。

下面说说阻抗不连续会带来什么不良影响，这才是重点。

      【什么是回波损耗(RL)？】阻抗失配或阻抗不连续会导致信号能量的反射，这会造成两个不好的结果：一是造成向前传输的信号能量减弱。因为根据能量守恒定律，既然一部分能量被反射回来，那么继续往前传送的能量就会减少—结果就是导致链路的总衰减轻微增加；二是在全双工时某条链路上反射回来的信号会与设备端口正常接收的有用信号叠加，致使信号波形畸变，干扰正常信号的接收–这才是重点，下面专门就这个问题做一点介绍。

      在百兆以太网(100Base-T)中，使用两对线来完成全双工传输数据的任务：PC 网卡用 12线对负责向对端发送数据信号，36 线对负责接收对端发送来的数据信号。另外两个线对 45、78 暂时空置不用。

注：双工传输就是双向传输的意思，全双工就是双向各自独立传输，互不干扰。

      但在千兆以太网(1000Base-T)中，网线中的四对双绞线都要用来传数据，比较特别的地方在于，“每对”双绞线既要向前传输数据又要接受从对端送过来的数据，也就是说每对双绞线都具备实时双向传输能力—即用一个“线对”实现全双工传输。如，12 线对在向对端发送数据信号的同时，也可以同时接收对端交换机从 12 线对上发送过来的数据信号。这样就会带来一个问题：12 线对收到的数据信号既有从对端发送过来的有用信号，也有因阻抗不连续反射回来的自身回波信号！显然，回波信号是此接收端口不希望收到的，因为它会叠加在有用信号上，造成干扰。如果回波信号较强，那么接收到的信号其信噪比就会降低，导致误码率上升，传输成功率下降。误码率丢包率/物理参数测试的关系。所以，需要一个参数来衡量反射回来的信号的大小(相对值)，反射信号就是回波，这个参数就是回波损耗。由于阻抗不连续就会产生回波，且回波越大，则说明阻抗连续性越差。阻抗突变越大，信号反射就越强。因此，回波损耗的大小可以近似地反映阻抗不连续的大小(我们称之为“正相关”关系)。回波损耗波动的相对峰值约为 22.9%。

      电缆芯线使用铜包铝(CCA)或铜包铁(CCFe)仿冒全铜双绞线，此时除了导线的电阻值会明显增大外，特性阻抗值也会明显偏离，造成回波损耗值较差。从测试仪上看，就是 HDTDR曲线波动大。链路连接点通常也是阻抗不连续点，因此，从测试结果中你会看到电缆与水晶头连接处经常是回波损耗不合格的地方，同样的还有电缆与模块连接点、水晶头与插座的插接连接点等，都是回波损耗不合格点。这些不合格点在 HDTDR 图形上可以直观地呈现出来。

     另外，电缆制造中的瑕疵点(例如“芯线脱胶”)、电缆安装时的损伤破损点、弯曲过度点、捆扎过紧点、应力(受力)过大点等都可能变成比较明显的阻抗不连续点(回波干扰源)。

      在新的电缆标准中一般不再测试特性阻抗而是去测试回波损耗值(Return Loss，RL)。