如何将不平衡同轴电缆毫无问题地用于广播电视信号?


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据我所知,在电话中使用STP或双绞线电缆。这将创建平衡的线路阻抗,这对于减轻与共模相关的干扰很有用。

因此,在电话和音频中使用平衡电缆对于消除任何EM或RF干扰至关重要。

另一方面,在电视广播或许多RF系统中,使用同轴电缆。我见过的大多数同轴电缆都不平衡。我可以看到50欧姆的概念很好地摆脱了传输线理论中的反射。但是,同轴电缆的不平衡又怎么会导致阻抗平衡问题呢?

Answers:


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但是,同轴电缆的不平衡如何在阻抗平衡问题上没有问题呢?

同轴电缆的优点在于,屏蔽层几乎将所有外部电场干扰接地,而内部导线则基本不受影响。对于外部磁场干扰,会发生微妙的事情。由于磁场的存在,在屏蔽层中流动的电流会在屏蔽层上产生一个电压降,并且由于屏蔽层和内部之间的耦合比例接近1:1,所以内芯上会出现相同的电压降。

因此,假设您使用差分接收器,并且发送端在屏蔽层和内部均具有一定程度的接地阻抗,则差分接收器可以抑制共模干扰。

如果对由同轴电缆发出的常规信号产生的外部磁场进行数学运算,并分别分析来自发送和返回电流的磁场,则会发现在屏蔽层之外的所有点处,相对的磁场恰好抵消为零。常规同轴电缆信号在同轴电缆外部没有磁场。

这样的影响是信号的磁场仅在内屏蔽层和外屏蔽层之间的间隙中产生。因此,屏蔽层必须具有零电感。这是因为外部磁场为零(又称零感应),并且信号的内部磁场对管状导体(也称为屏蔽)没有影响,因此,屏蔽的行为就像围绕内部的无限厚的接地外壳。

这可能有点难以理解,但是如果您返回与管状电流有关的磁场理论,则会产生一个外部场,但不会产生内部场。反之则完全正确。管内的磁场不会沿管感应任何电压,并且在没有外部磁场的情况下,屏蔽层的电感为零。

我所有漫无目的的结果是,尽管内屏蔽层与外屏蔽层之间的阻抗机制明显不平衡,但它仍然可以正常工作。立即看到我授予您的消息并非易事,因此希望我已经做到了一点正义。


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安迪(Andy)-----尽管“漫不经心”,您还是非常简洁地吐了出来。
Analogsystemsrf

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老式电话只是电线杆上的线对。技术只是没有发展。这为电话环境设置了一个平衡的安排,并且排除了同轴电缆。避免接地环路是避免同轴电缆的一个很好的理由,但是在高频情况下,屏蔽接地电容(例如)为10 nF并不是什么大问题,并且几乎不会有任何交流电源接地电流“环流”,因为它为50 / 60赫兹 即使是音频上最微小的地面噪声,也非常引人注目,而且很少见,但在电话上仍然有些烦人。
安迪(aka Andy)

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@atmnt您不镀金并屏蔽所有物体的相同原因。
DKNguyen

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@atmnt STP更便宜,并且更容易扩展到多对。
hobbs

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@LuisPossatti。举一个雷电产生的浪涌电流的简单例子。它将使电流涌向屏蔽层。就像1:1变压器一样,浪涌电流将在内部感应出一个端到端的电压,该电压与屏蔽层上端到端的电压相同,因为该浪涌。当然会有电容性耦合,但是考虑到磁耦合,屏蔽层和内部任何一点的电压都相同,因此考虑电场不会增加或减少太多。您可能会明智地指出,我说屏蔽没有电感.....
Andy又名

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安迪(Andy)谈到了同轴电缆的总体工作原理,但还有一点是,视频通常与音频不具有相同的SNR要求。每个颜色通道具有8到10位的数据可提供非常好的图像,这表示SNR仅50到60 dB。

另一方面,要被视为“ CD质量”,音频必须具有至少16位的分辨率,相当于几乎100 dB的SNR。


电话是一种特殊情况。尽管它不需要很多带宽,但确实需要一个等效于13-14位的动态范围。(但是使用的编码将SNR降低到大约7位)。使用UTP(非屏蔽双绞线)仅是因为它的制造成本如此之低,并且需要大量的双绞线。


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我在这里不太明白的是,电视信号肯定包括音频和视频。
Todd Wilcox

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以前,模拟广播频道的带宽为6-8 MHz,具体取决于国家/地区,最后几百kHz包含音频。如今,一切都是包含音频和视频数据包的数字比特流。
Justme

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通过使用变压器和(平衡)巴伦。“ Balun”是“ Balanced-Unbalanced”的缩写
Soldersmoke

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@ToddWilcox:模拟电视使用FM对音频进行编码,其中RF SNR不会像AM那样直接影响音频SNR。
戴夫·特威德

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@MSalters:在POTS中,只有用户循环是模拟的。中心办公室已经很长时间处于数字化状态。
戴夫·特威德

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主要的技术差异是它们如何拒绝干扰。双绞线依赖于相等地影响两条电线的干扰,产生共模噪声,该噪声很容易被差分接收器抑制。这对于低至非常低的频率的电磁干扰都非常有效。

同轴电缆依靠电磁干扰在屏蔽层中感应相反的电流,从而抵消内部的磁场。趋肤效应限制了磁场渗透到电缆中。这在RF频率下效果很好,但在音频和电源线频率下效果不佳。在50Hz时,皮肤深度约为9mm,因此干扰会直接穿过屏蔽层。

因此,最好的方法很大程度上取决于所涉及的频率和可能存在的干扰类型,但这不是选择一个而不是另一个的唯一原因。

模拟电话线通常必须在长距离上接近电源线,同时承载相当低的音频信号。人耳对电力线谐波非常敏感,而同轴电缆将无法拒绝。同轴电缆也更笨重,更昂贵,当您必须在数千公里内运行数千根电缆时,这是很大的问题。想象一下这个,但与1800个个人同轴电缆捆绑在一起......

在此处输入图片说明

双绞线也可以在较高频率下很好地工作,但是电缆尺寸可能不方便。电视机过去使用300Ω的“色带”电缆,实际上在VHF频率下损耗比标准同轴电缆低。但是使用起来很烦人,因为它必须远离金属屋顶等,容易受到天气的损害,并且不平衡变压器要求转换器在接收器处转换为不平衡的75Ω。

在较高的频率下,同轴电缆的优点是在具有出色屏蔽性能的坚固电缆中具有较低的损耗和较宽的带宽,并且不平衡的信号更易于接口。电缆长度通常很短,因此成本不是什么大问题-除了CATV之外,但是(与电话不同)每个用户都不需要自己的电路,因此一条电缆就可以为数千名观众提供服务(现代CATV主要是光纤)光纤,因此同轴电缆的运行距离要短得多)。

同轴电缆通常用于音频中,以在组件和内部设备之间进行连接,尽管对低频电磁干扰不是很有效。但是,电路阻抗通常在1k到1M范围内,因此磁干扰(产生高电流但低电压)的问题不大。同轴电缆仍然可以抵御各种类型的电场(在较高的阻抗下具有更大的作用)和射频干扰。低电平音频信号可能需要更好的保护,因此通常使用屏蔽双绞线。这结合了两种电缆的优点。

我可以看到50欧姆的概念很好地摆脱了传输线理论中的反射。但是,同轴电缆的不平衡又怎么会导致阻抗平衡问题呢?

平衡或不平衡对阻抗匹配没有影响,而且始终不总是需要精确匹配。如果电缆长度比信号波长短得多,那么在大多数应用中反射就不会成为问题。没人关心音频应用中的同轴阻抗,甚至复合视频(带宽约为6MHz)也不受设备电缆中不匹配电缆的明显影响。


我想问几件事,因为我不了解这些部分。1-)您提到:“同轴电缆在音频中通常用于连接组件和内部设备之间,尽管对低频电磁干扰不是很有效。” 从电路模型的角度来看,我们如何证明低频电磁干扰是同轴电缆的缺点?为什么同轴电缆不能对低频率免疫。干扰?如何证明这一点?
atmnt

2-)然后您提到:“但是,电路阻抗通常在1k到1M范围内,因此磁干扰(产生高电流但低电压)的问题较小”,我也不知道。您还可以通过电路模型或类比说明这一点吗?
atmnt

电磁干扰会在电线中感应出相对较低的电压。在较低的阻抗下,该电压会导致更大的电流流动和更多的噪声功率。低阻抗信号在给定的功率水平下具有较低的电压,因此噪声与信号之比较高。例如。50欧姆(低阻抗)麦克风与5k欧姆(高阻抗)麦克风。两条麦克风电缆在它们中感应出相同的嗡嗡声电压,但是5k麦克风在相同的声音水平下产生的信号电压高10倍,因此,嗡嗡声相对于信号少十倍(-20dB)。
布鲁斯·阿伯特

我主要是在问同轴电缆为什么对低频没有那么大的免疫力。界面比高频率。接口。我仍然不明白这里的许多事情。
atmnt

较低的抗扰性是由于磁场对电缆的较大渗透,因为“集肤效应”较小。我的回答中确实包含了该内容,但为了简洁起见将其删除!
布鲁斯·雅培

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同轴电缆最适合电视使用的一个完全独立的原因是频率响应。

与双绞线相关的损耗随着频率而迅速上升,以至于DSL调制解调器难以使用模拟电话用户环路上的最低10 MHz带宽。出于同样的原因,双绞线上的高速以太网(1G10G及更高版本)仅限于非常短的物理链路长度(最多100m),并且需要很多现代技术才能达到目标。

另一方面,同轴电缆在电视所需的VHF和UHF频率(10 MHz到1 GHz)上具有(并且一直具有)相当低的损耗。


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在一个简单的视图中:

同轴电缆沿着平坦的地球视图滚动,因此它确实具有很强的对称性,并且没有“外部”(以前是“外部”)。

加上电缆中的趋肤深度,意味着护套的外部与与芯相互作用的护套内部有效地隔离了(高频)。

也就是说,正确使用平衡电缆非常有益。请注意,平衡的是公共点的阻抗,而不是“电压”(电压是任意的,因为它们始终是电位差)。平衡的系统就像惠斯通电桥一样,在交叉连接的臂中没有任何流动。

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