同軸電纜最早是由英國的工程師 Oliver Heaviside 在 1880 年發明的，到現在已經有 139 年的歷史了。同軸電纜的結構如下圖所示，它是由內金屬芯線、隔離層、金屬屏蔽層和塑料外套一起構成的。

一般人最常見到同軸電纜的地方是家庭里的閉路電視系統，其中所傳輸的信號最高頻率接近 1GHz，這樣的電纜直接連接到了電視機上。能有機會見到傳統視頻監控系統的人可能會注意到傳輸視頻信號的電纜也是同軸電纜，由于普通視頻信號的最高頻率只有幾 MHz，其中還含有一定的直流成分，所以它的頻帶下限到了 0Hz。電源工程師見到同軸電纜機會最多的時候是使用示波器時，它的探頭線就是這種材料，只是與上述兩種系統所用的同軸電纜相比要細很多，也因為如此而變得很柔軟，用起來很方便，拿在手里覺得很舒服。如果你有機會打開自己所用的 WiFi 設備，你會看到連接天線和信號收發電路的線材也是同軸電纜，而你從平常接觸的資訊中就知道 WiFi 信號的工作頻段有 2.4G 和 5.8G 的，這表示經這些電纜所傳輸的信號頻率可以高到 5.8GHz。實際上，高頻同軸電纜具有波導管的特性，可以傳輸很高頻率的信號，而其通頻帶下端又到了 0Hz，我們用它來做 EMI 探頭是非常合適的。

同軸電纜的導體是金屬材料，其中當然會含有電阻的成分，所以電纜越細電阻就會越大；傳輸線本身都存在電感，內外線之間還存在電容，隔離層本身也存在一定的漏電問題（電阻或電導作用），這些成分都是分布在整個線路上的，無法像板上元件那樣表現為一個個具體的元件，因而被稱為分布參數。當某個頻率的信號通過這個電纜時，它所遇到的阻抗與上述幾個參數都有關，表達為下述公式：

其中的 R 是電纜單位長度的電阻，L 是電纜單位長度的電感，G 是電纜隔離層單位長度的電導，C 是電纜單位長度的電容，s = jω =j2πf 代表的是頻率。當頻率為 0Hz 時，s = 0，這樣就得到了單位長度的直流阻抗，由于其中不含頻率成分，所以又稱為直流電阻：

當頻率很高時，s 變得很大，R 和 G 就變得微不足道了，上述公式變成

這便是高頻信號在其中傳輸時遇到的阻抗，它和頻率已經沒有了關系，完全是由電纜本身的特性決定的，大概就是因為這個原因而被稱為特性阻抗。由于 L、C 與同軸電纜的芯線直徑 d、屏蔽層直徑 D 以及隔離層的介電常數 ε 有關：

所以有

這就是同軸電纜特性阻抗的計算公式，計算結果的單位為 Ω。從中可以發現，同軸電纜的特性阻抗完全是由物理結構和隔離層的介電常數決定的。所以我們在選擇 EMI 天線的材料時只要選擇具有相同特性阻抗的同軸電纜即可，粗纜或細纜其實是無所謂的，只要自己能接受就好。由于我們所用示波器接頭內部的阻抗可以選擇為 50Ω，所以我們應當選擇 50Ω 的同軸電纜。如果你選擇了其他的值，高頻信號傳輸到兩者之間的連接處時就會發現路徑是不平滑的，一部分信號就會發生反射并與新到達的信號疊加，從而帶來信號畸變的結果，你再看到的信號就不是它本來的樣子了。也由于這個原因，在使用這種傳感器時不可以使用示波器的高阻輸入狀態，我們使用電壓探頭時通常就處于這一狀態。

電纜的粗細對信號的影響主要是衰減率的不同，由于我們并不需要很長的電纜，而且也不需要非常精確，所以由于使用較細的電纜而帶來的影響是可以忽略不計的，主要應當以是否方便使用來考慮。實際中使用的同軸電纜的可用頻寬會因為型號的不同而不同，低的有 1GHz，高的有十幾個 GHz，這些數據很顯然也會影響到價格。如果你的要求最多只有幾百兆，我想選擇 RG-174 大概是比較合適的，它的外徑是 2.55mm，我估計用起來會比較舒服。RG 是 Radio Guide 的縮寫，可能是來源于二戰時期的標準，每家廠商都這么定義型號的時候，咱們選型就比較簡單了，但還是建議你在選型時查閱一下廠商的資料。

下面說說 BNC 插頭，它是同軸電纜和示波器之間的連接元件。先看圖：

所選 BNC 插頭的特性阻抗應該是 50Ω 的，它還需要能與已經選定的電纜型號相互配合，這些信息在相關的產品規格中都會表現出來。如果選擇不當，電纜芯線插入插頭內導體時可能會遇到困難，或者是不能保證芯線總是處于中心位置，或者是電纜外屏蔽層不能和插頭的外屏蔽層形成完好的連接，因為從上面的電纜特性阻抗計算公式就可以看出錯亂的參數會導致錯亂的阻抗，而阻抗的變化就會導致信號的畸變。如果在連接過程中出現了屏蔽層的開孔等現象，還會導致信號外泄和外界信號侵入等問題，那樣就把很簡單的事情復雜化了。這樣描述問題讓我想到了圓融這個詞，電纜和插頭連接以后的形貌應該是完美的，沒有凹凸，沒有不連續，沒有空缺，這只有連續、圓形的連接才做得到。有了這個概念以后，即使沒有可以參考的圖片，工程師自己也能做出完美的連接。但在寫出這樣的文字以后我還是做了一番努力，終于找到下圖所示的施工指令：

這是否已經足夠清楚了呢？為了完美地完成最后的工作，你可能還需要有一個下圖所示的工具：

做這件事情雖然簡單，但離開了好的工具，要做好可能還是有難度，該花的錢還是要花的。這個圖片出現在亞馬遜的網站上，你也可以去照顧它們的業務。我把這些品牌列出來是因為想到了要感恩，因為我利用了它們的資源。

在我們的 EMI 設計工具中還使用到了磁芯，我自己認為這個元件還是比較復雜的，要把它說清楚也不是一件容易的事，或許我們可以另文敘說。但是作為一個可以參考的資料，立锜最新的一期電子報里談到了高頻變壓器的制作方法，這不一定適合于我們要做的 EMI 傳感器，但參考一下總是可行的，請在自己的訂閱郵箱里查看一下吧！還沒有訂閱的讀者請在微信菜單里尋找訂閱方法，那樣就可以收到以后的電子報了。