特性インピーダンスの基礎と電気工学・電磁気学における解説

特性インピーダンス（とくせいインピーダンス、英: characteristic impedance）は、電気回路学における交流伝送の分布定数回路での電圧と電流の比、および電磁気学における電磁波を取り扱う場合の電界と磁界の比を指す物理量である。この概念は物理学者のオリヴァー・ヘヴィサイドによって導入された。

分布定数回路の特性インピーダンス

抵抗、インダクタ、キャパシタ等の個別の素子を持つ集中定数回路に対し、交流電圧や電流の伝送を意図したケーブル等で、波長に対して伝送路のサイズが無視できない回路を分布定数回路（分布定数線路）と呼ぶ。一様な伝送路を進む電圧と電流の比は、線路の種類や構造から決まる電気的特性によって定まり、これを特性インピーダンスと呼ぶ。

一様な伝送路における特性インピーダンス Z₀ は次式で表され、周波数の関数となる。

ここで、R、L、G、C はそれぞれ伝送路の単位長あたりの直列抵抗、直列インダクタンス、並列コンダクタンス、並列静電容量である。単位はインピーダンスと同じくオーム（Ω）である。さらに、伝送線路が無損失（R = 0、G = 0）の条件では次のように簡略化され、周波数に無関係な定数となる。

電磁波の特性インピーダンス

電磁波における特性インピーダンス（英: Wave impedance）は、電場 E と磁場 H の比である。電磁波が伝播する媒質の誘電率を ε、透磁率を μ とすると、特性インピーダンス Z は次式で示される。

真空中の特性インピーダンス Z₀ は自由空間のインピーダンスとも呼ばれ、約 376.73 Ω である。真空中の光速度 c₀ を用いた構成方程式にも関連している。