始终使用直径较大的导体来传输较小的信号是否明智？

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最初写的这个问题听起来有点疯狂：最初是由一个同事问我这个笑话的。我是一名实验NMR物理学家。我经常想进行物理实验，最终将其归结为在约100-300 MHz的频率下测量较小的交流电压（〜µV），并吸收尽可能小的电流。我们通过谐振腔和阻抗匹配（50Ω）同轴导体来实现。因为有时我们想用一千瓦的射频对样品进行爆破，所以这些导体通常非常“轻巧”-直径为10 mm的同轴电缆，带有高质量的N型连接器，并且在感兴趣的频率下具有较低的低插入损耗。

但是，我认为这个问题很有趣，原因如下。现代同轴电缆导体组件的直流电阻通常以〜1Ω/ km进行测量，对于我通常使用的2 m电缆可以忽略不计。但是，在300 MHz时，电缆的趋肤深度为

δ = \sqrt{\frac{2 ρ}{ω μ}}

$\delta=\sqrt{{2\rho }\over{\omega\mu}}$

大约四微米。如果假设同轴电缆的中心是一根实心线（因此忽略了邻近效应），则总的交流电阻有效

{[R}_{交流电} \approx \frac{大号 ρ}{π d δ} ，

$R_\text{AC}\approx\frac{L\rho}{\pi D\delta},$

其中D是电缆的总直径。对于我的系统，这约为0.2Ω。但是，如果将其他所有条件保持不变，那么这种幼稚的近似值意味着您的AC损耗比例为1 / D，这将意味着您希望导体尽可能大。

但是，以上讨论完全忽略了噪声。我了解至少应考虑三个主要噪声源：（1）导体本身和网络中匹配电容器中产生的热（Johnson-Nyquist）噪声，（2）RF辐射引起的噪声（3）散布噪声和1 / f噪声是由基本源产生的。我不确定这三个来源（以及我可能错过的任何来源）的相互作用将如何改变以上得出的结论。

尤其是预期约翰逊噪声电压的表达式，

v_{ñ} = \sqrt{4 ķ_{乙} Ť [R Δ F} ，

$v_n=\sqrt{4 k_B T R \Delta f},$

它基本上与导体的质量无关，我天真地发现它很奇怪-可以预期，实际材料的较大热质量将为（至少是瞬态的）感应噪声电流提供更多机会。此外，我使用的所有东西都被RF屏蔽，但是我不禁认为屏蔽（以及房间的其余部分）将以300 K的黑体辐射...因此发出一些 RF，否则设计停止。

在某种程度上，我的直觉是，这些噪声过程将合谋使所用导体的直径无意义地增加，或者对右下方有害。天真的，我认为这显然是对的，否则实验室中将充满绝对大的电缆以用于敏感的实验。我对吗？

什么是该最佳同轴导体直径在交流频率f携带由一些小的幅度V的电位差的信息时，使用？一切都受（GaAs FET）前置放大器的局限性支配吗，以至于这个问题完全没有意义？

— 兰达克
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红外区域中空白金属的发射系数非常低（您可以将其用作反射镜，并通过将红外指向天空，用红外温度计测量-40°C），因此也许对黑体辐射有帮助（大约30 THz）。我还想知道是否可以有效地处理热质量，因为热质量会对电阻产生影响，质量的增加会导致较小的电阻，所以我从未尝试过计算...棘手的问题（也许对物理学更好。SE？）

— 阿森纳

关于LNA /前置放大器，是的，我让一个好的低噪声放大器进行繁重的工作并补偿了损耗，因此，额外的噪声非常小，因此没有任何影响。有趣的问题

— johnnymopo

当导线的周长接近谐振尺寸时也要考虑阻抗-在300 MHz时为BIG，但遵循问题的精神

— johnnymopo

对于黑体辐射，电缆的隔离可能（无法计算）以kW功率（60+ dBm）泄漏了更多的功率。更便宜的电缆可能是30 dB，而实际上可能是90 dB的隔离度。

— johnnymopo 2015年

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您在提到的所有内容上基本上都是正确的。电缆越大，损耗越小。

低损耗在两个方面很重要

1）噪音

馈线的衰减是将与温度对应的Johnson噪声加到信号上的原因。长度接近零的馈线的衰减接近零，因此噪声系数也接近零。

在长达一米或几米（取决于频率）的情况下，典型电缆的噪声系数往往由所使用的输入放大器的噪声系数决定，即使是铅笔直径的电缆也是如此（您可以得到很细的电缆，甚至是毫米，在这种情况下，您必须担心仪表的长度）。

为了将信号从屋顶传到实验室，任何可行的电缆都会有损，甚至是异常粗的电缆，以至于解决方案几乎总是在天线正后方的屋顶上安装LNA。

这就是为什么在实验室中往往看不到真正的粗电缆，短跳不需要它们，长跳却不足。

b）高功率处理

在发射站中，您倾向于将放大器放在建筑物内，而天线则“放在那儿”。通常也不能将放大器放在“那里”，因此，这里的电缆确实很粗，考虑到它们必须保留TEM而不必进行修改，所以要尽可能粗。这意味着26GHz时<3.5mm，260MHz时<350mm等。

$\Omega$ $\Omega$

— Neil_UK
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对于大多数在此特定堆栈上发布答案的人来说，最佳电缆尺寸的答案通常与经济性，使用寿命，易用性等有关。每个单独的问题都有其自己的一组定义参数，这些参数又将用于创建将要达到或超过的规范。

这是重要的一步，因为过早的优化是一个实际问题。我绝对可以保证关于电子设计的几件事总是正确的。直径较大的电缆由于改善了导电性而减少了热量浪费，较高的电压允许每单位电流传输更多的功率，并且较大的电池具有更大的容量。但是解决方案实际上必须适合该问题，因此，您经常会发现自己使用规范来选择恰好可以解决当前遇到的特定问题的方法。

您已经对手头的问题表现出了充分的理解，我谦卑地表示，您可能比我现在更适合这些细节。您似乎也从事研究而不是设计。在这种情况下，我会提供建议-充分了解噪声项以及随着时间的推移温度升高会如何影响噪声项，并确定当前可用于您的工作的牢固，非零的Johnson噪声值，并以此为规范进行设计。设置导体的尺寸和类型，并在必要时考虑采用主动冷却（当然，前提是它不会干扰或使您的研究无效）。

— 肖恩·波迪（Sean Boddy）
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尽管您的细节正确无误，但我想您已经错过了森林。在50欧姆负载下，您无需担心由于电阻效应而导致的电缆损耗。至少不适用于RF测量。

考虑您的N连接器示例。有效的导体电阻将使电压降大约为

Δ v = \frac{0.2}{50} = 0.4 ％

$\Delta v = \frac{0.2}{50} = 0.4\text{%}$ 下降约48 dB。换句话说，一个10 uV的信号将给出-100 dBV的标称值，但是一根0.2欧姆的导体将在9.96 uV或-100.035 dBV的负载下产生一个信号，我很难相信这将是一个问题。

— 什么野兽
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