W jaki sposób niezrównoważone kable koncentryczne są wykorzystywane do nadawania sygnałów telewizyjnych bez żadnych problemów?

O ile mi wiadomo, w telefonii stosowane są kable STP lub skrętka. Tworzy to zrównoważone impedancje linii, co jest przydatne w łagodzeniu zakłóceń związanych z trybem wspólnym.

Dlatego używanie zbalansowanych kabli w telefonii i dźwięku jest kluczowe, aby pozbyć się wszelkich zakłóceń elektromagnetycznych lub RF.

Z drugiej strony w transmisji telewizyjnej lub wielu systemach RF stosowane są kable koncentryczne. I większość kabli koncentrycznych, które widziałem, nie są zbalansowane. Widzę, że koncepcja 50 omów dobrze jest pozbyć się odbić w teorii linii przesyłowej. Ale dlaczego niewyważenie kabli koncentrycznych nie powoduje problemów z równoważeniem impedancji?

Ale dlaczego niezbalansowane kable koncentryczne nie mają problemu z równoważeniem impedancji?

Piękną cechą kabla koncentrycznego jest to, że ekran bocznikuje głównie wszystkie zewnętrzne zakłócenia pola elektrycznego do ziemi, a drut wewnętrzny jest w dużej mierze nienaruszony. W przypadku interferencji zewnętrznego pola magnetycznego dzieje się coś subtelnego; prąd przepływający w osłonie z powodu obecności pola powoduje spadek napięcia wzdłuż osłony, a ze względu na sprzężenie między osłoną a wnętrzem w pobliżu 1: 1 ten identyczny spadek napięcia występuje w rdzeniu wewnętrznym.

Tak więc, pod warunkiem, że użyjesz odbiornika różnicowego, a koniec wysyłający ma nieco te same impedancje do uziemienia zarówno na ekranie, jak i wewnątrz, odbiornik różnicowy może odrzucić zakłócenia w trybie wspólnym.

Jeśli wykonasz matematykę na polach zewnętrznych wytwarzanych przez regularny sygnał przesyłany współosiowo i przeanalizujesz pola indywidualnie z prądów wysyłania i powrotu, okaże się, że we wszystkich punktach poza osłoną przeciwległe pola magnetyczne dokładnie kasują się do zera. Poza zwykłym sygnałem koncentrycznym nie ma pola magnetycznego poza koncentrycznym.

Skutkiem tego jest to, że pole magnetyczne sygnału jest wytwarzane tylko w szczelinie między wewnętrzną a zewnętrzną osłoną. Następstwem tego jest to, że tarcza musi zatem mieć zerową indukcyjność. Wynika to z tego, że zewnętrzne pole magnetyczne wynosi zero (inaczej indukcja zerowa), a wewnętrzne pole magnetyczne sygnału nie ma wpływu na przewód rurowy (inaczej ekran), dlatego osłona zachowuje się jak nieskończenie gruba obudowa otaczająca wnętrze.

To może być trochę trudne do przełknięcia, ale jeśli wrócisz do teorii pól magnetycznych związanych z rurowym przepływem prądu, wytwarzane jest pole zewnętrzne, ale nie ma pola wewnętrznego. Odwrotność jest całkowicie prawdziwa; pole magnetyczne wewnątrz rurki nie indukuje napięcia wzdłuż rurki ORAZ, ponieważ nie ma pola zewnętrznego, ekran ma zerową indukcyjność.

Rezultatem wszystkich moich wędrówek jest to, że działa pomimo posiadania bardzo niezrównoważonego systemu impedancji między osłoną wewnętrzną i zewnętrzną. Od razu nie jest tak łatwo zobaczyć, że ci udzielam, więc mam nadzieję, że zrobiłem to sprawiedliwie.

Andy mówi o tym, jak ogólnie działa kabel koncentryczny, ale inną kwestią jest to, że wideo ogólnie nie ma takich samych wymagań SNR jak audio na początku. Dane z 8 do 10 bitów na kanał koloru zapewniają bardzo dobre obrazy, co reprezentuje współczynnik SNR wynoszący tylko 50 do 60 dB.

Z drugiej strony, aby uznać za „jakość CD”, dźwięk musi mieć co najmniej 16 bitów rozdzielczości, co odpowiada SNR prawie 100 dB.

Telefonia to szczególny przypadek. Chociaż nie wymaga dużej przepustowości, wymaga zakresu dynamicznego odpowiadającego 13-14 bitom. (Ale zastosowane kodowanie zmniejsza SNR do około 7 bitów). UTP (nieekranowana skrętka) jest używana tylko dlatego, że jest tak tania i wymaga jej tak dużo.

Główną różnicą techniczną jest to, w jaki sposób odrzucają zakłócenia. Skrętka polega na zakłóceniach wpływających równo na oba przewody, generując szum w trybie wspólnym, który jest łatwo odrzucany przez odbiornik różnicowy. Działa to dobrze w przypadku zakłóceń magnetycznych aż do bardzo niskich częstotliwości.

Kabel koncentryczny opiera się na zakłóceniach magnetycznych indukujących przeciwne prądy w ekranie, które niwelują pole magnetyczne w środku. Przenikanie pola magnetycznego do kabla jest ograniczone efektem naskórkowym . Działa to dobrze przy częstotliwościach RF, ale słabo nadaje się do bezużytecznych przy częstotliwościach audio i linii zasilania. Przy 50 Hz głębokość skóry wynosi ~ 9 mm, więc zakłócenia przechodzą bezpośrednio przez osłonę.

To, co jest najlepsze, zależy w dużej mierze od zaangażowanych częstotliwości i rodzaju zakłóceń, które mogą być obecne, ale nie jest to jedyny powód, aby wybrać jedną z nich.

Analogowe linie telefoniczne często muszą biegać blisko linii energetycznych na duże odległości, przenosząc jednocześnie dość niski poziom sygnałów audio. Ludzkie ucho jest dość wrażliwe na harmoniczne linii elektroenergetycznej, których koncentryczny nie mógłby odrzucić. Kabel koncentryczny jest również nieporęczny i droższy, co jest dużym problemem, gdy trzeba przebiec tysiące z nich na wielu kilometrach. Wyobraź to sobie , ale z 1800 pojedynczymi kablami koncentrycznymi w pakiecie ...

Skrętka może również dobrze pracować na wyższych częstotliwościach, ale wymiary kabla mogą być niewygodne. Telewizory używają 300-metrowego kabla „taśmowego”, który w rzeczywistości ma niższą stratę niż standardowy kabel koncentryczny przy częstotliwościach VHF. Ale korzystanie z niego było denerwujące, ponieważ musiało być trzymane z dala od metalowego dachu itp., Było podatne na uszkodzenia atmosferyczne i balun wymagał konwersji na 75 Ω niezrównoważony w odbiorniku.

Przy wyższych częstotliwościach przewód koncentryczny ma tę zaletę, że ma mniejsze straty i szersze pasmo w solidnym kablu z doskonałym ekranowaniem, a niezrównoważony sygnał jest łatwiejszy do połączenia. Przebiegi kablowe są na ogół krótkie, więc koszt nie stanowi większego problemu - z wyjątkiem telewizji kablowej, ale wtedy (w przeciwieństwie do telefonów) każdy abonent nie potrzebuje własnego obwodu, więc pojedynczy kabel może obsłużyć tysiące widzów (współczesna telewizja kablowa to głównie światłowód optyka, więc przebiegi koncentryczne są znacznie krótsze).

Kable koncentryczne są powszechnie stosowane w sprzęcie audio do łączenia komponentów z urządzeniami wewnętrznymi, chociaż nie są bardzo skuteczne w przypadku zakłóceń magnetycznych niskiej częstotliwości. Jednak impedancje obwodu są na ogół w zakresie od 1k do 1M, więc zakłócenia magnetyczne (które wytwarzają wysoki prąd, ale niskie napięcie) stanowią mniejszy problem. Koncentryczny nadal chroni przed polami elektrycznymi (które mają większy wpływ przy wyższej impedancji) i zakłóceniami RF wszystkich typów. Sygnały audio o niskim poziomie mogą wymagać lepszej ochrony, a następnie często stosuje się ekranowaną skrętkę. Łączy to zalety obu typów kabli.

Widzę, że koncepcja 50 omów dobrze jest pozbyć się odbić w teorii linii przesyłowej. Ale dlaczego niewyważenie kabli koncentrycznych nie powoduje problemów z równoważeniem impedancji?

Zrównoważone lub niezrównoważone nie ma znaczenia przy dopasowywaniu impedancji, a precyzyjne dopasowanie nie zawsze jest wymagane. Jeśli długość kabla jest znacznie krótsza niż długość fali sygnału, odbicia nie stanowią problemu w większości aplikacji. Nikt nie dba o impedancję koncentryczną w aplikacjach audio, a nawet kompozytowe wideo (o przepustowości ~ 6 MHz) nie ma widocznego wpływu na niedopasowane kable w kablach sprzętowych.

Całkowicie odrębnym powodem, dla którego preferowane jest współosiowe dla telewizji, jest pasmo przenoszenia.

Straty związane ze skrętką rosną gwałtownie wraz z częstotliwością, do tego stopnia, że modemy DSL mają problemy z wykorzystaniem nawet najniższej przepustowości 10 MHz w pętlach abonenckich telefonu analogowego. Z tego samego powodu szybki Ethernet ( 1G , 10G i więcej) na skrętce jest ograniczony do bardzo krótkich fizycznych długości łącza (maksymalnie 100 m) - i wymaga wielu nowoczesnych technologii, aby się tam dostać.

Z drugiej strony koncentryczny ma (i zawsze miał) dość niskie straty na częstotliwościach VHF i UHF wymaganych dla telewizji (10 MHz od 1 GHz).

W uproszczeniu:

Kable koncentryczne zwija płaski widok ziemi, dzięki czemu ma silną symetrię i nie ma „na zewnątrz” (wcześniej „poniżej”).

Dodatkowa głębokość skóry w kablach oznacza, że ​​zewnętrzna strona osłony jest skutecznie odizolowana (przy wyższych częstotliwościach) od wnętrza osłony, która wchodzi w interakcję z rdzeniem.

To powiedziawszy, zrównoważone kable są bardzo korzystne, gdy są właściwie używane. Zwróć uwagę, że to impedancje do wspólnego punktu są zrównoważone, a nie „napięcia” (które mają dowolne odniesienia, ponieważ zawsze są to potencjalne różnice). Zrównoważone systemy działają jak mosty Wheatstone'a, w których nic nie przepływa przez połączone ramię.