Как несбалансированные коаксиальные кабели используются для передачи телевизионных сигналов без проблем?

Насколько я знаю, в телефонии используются STP или витая пара. Это создает симметричные импедансы линии, что полезно для уменьшения синфазных помех.

Поэтому использование сбалансированных кабелей в телефонии и аудиосистеме имеет решающее значение для устранения любых электромагнитных или радиочастотных помех.

С другой стороны, в телевизионном вещании или во многих радиочастотных системах используются коаксиальные кабели. И большинство коаксиальных кабелей, которые я видел, не сбалансированы. Я вижу, что концепция 50 Ом хороша, чтобы избавиться от отражений в теории линий электропередачи. Но почему несбалансированность коаксиальных кабелей не вызывает проблем с балансировкой импеданса?

Но почему неуравновешенность коаксиальных кабелей не имеет проблем с балансировкой импеданса?

Прекрасная вещь в коаксиальном кабеле состоит в том, что экран шунтирует в основном все внешние помехи электрического поля на землю, и внутренний провод в основном не подвержен влиянию. Для вмешательства внешнего магнитного поля происходит тонкая вещь; ток, протекающий в экране из-за присутствия поля, создает падение напряжения вдоль экрана и, благодаря связи 1: 1 между экраном и внутренним устройством, такое же падение напряжения присутствует на внутреннем сердечнике.

Таким образом, при условии, что вы используете дифференциальный приемник, а передающий конец имеет несколько достаточно одинаковых сопротивлений для заземления как на экране, так и на внутренней стороне, дифференциальный приемник может отклонять синфазные помехи.

Если вы выполните математические расчеты для внешних полей, создаваемых обычным сигналом, посланным по коаксиальному кабелю, и проанализировали поля от токов посылки и возврата по отдельности, вы обнаружите, что во всех точках за пределами экрана противоположные магнитные поля точно сводятся к нулю. Нет магнитного поля вне коаксиального кабеля от обычного коаксиального сигнала.

В результате этого магнитное поле сигнала создается только в зазоре между внутренним и внешним экраном. В результате этого экран должен иметь нулевую индуктивность. Это связано с тем, что внешнее магнитное поле равно нулю (так называемая нулевая индукция), а внутреннее магнитное поле сигнала не влияет на трубчатый проводник (так называемый экран), следовательно, экран ведет себя как бесконечно толстый заземляющий корпус, окружающий внутреннюю часть.

Это может быть немного трудно проглотить, но если вы вернетесь к теориям магнитных полей, связанных с трубчатым потоком тока, создается внешнее поле, но нет внутреннего поля. Обратное полностью верно; магнитное поле внутри трубки не вызывает напряжения вдоль трубки И, при отсутствии внешнего поля экран имеет нулевую индуктивность.

Результат всего моего бессвязного в том, что он работает, несмотря на наличие значительно несбалансированного режима импеданса между внутренним и внешним щитом. Не так просто сразу увидеть, что я дарю тебе, надеюсь, я сделал это немного справедливо.

Энди говорит о том, как работает коаксиальный кабель в целом, но другой момент заключается в том, что видео обычно не имеет тех же требований SNR, что и аудио. Данные с 8-10 битами на цветовой канал дают очень хорошие изображения, и это представляет собой SNR только от 50 до 60 дБ.

С другой стороны, чтобы считаться «качеством CD», звук должен иметь разрешение не менее 16 бит, что эквивалентно SNR почти 100 дБ.

Телефония это особый случай. Хотя он не требует большой полосы пропускания, он требует динамического диапазона, эквивалентного 13-14 битам. (Но используемое кодирование уменьшает SNR примерно до 7 бит). UTP (неэкранированная витая пара) используется только потому, что она очень дешевая и требует значительных затрат.

Основное техническое отличие заключается в том, как они отклоняют помехи. Витая пара полагается на помехи, воздействующие на оба провода в равной степени, создавая синфазный шум, который легко подавляется дифференциальным приемником. Это хорошо работает для магнитных помех вплоть до очень низких частот.

Коаксиальный кабель основан на магнитных помехах, вызывающих противоположные токи в экране, которые подавляют магнитное поле внутри. Проникновение магнитного поля в кабель ограничено скин-эффектом . Это хорошо работает на радиочастотах, но плохо работает на частотах аудио и линий электропередач. При частоте 50 Гц глубина кожи составляет ~ 9 мм, поэтому помехи проходят сквозь экран.

То, что лучше всего, зависит в значительной степени от задействованных частот и типа помех, которые могут присутствовать, но это не единственная причина, чтобы выбрать одно из другого.

Аналоговые телефонные линии часто должны проходить близко к линиям электропередачи на большие расстояния при передаче аудиосигналов довольно низкого уровня. Человеческое ухо довольно чувствительно к гармоникам линии электропередачи, которые коаксиал не сможет отклонить. Коаксиальный кабель также громоздкий и более дорогой, что немаловажно, когда вам приходится прокладывать тысячи из них на многие километры. Вообразите это , но с 1800 отдельными коаксиальными кабелями, связанными вместе ...

Витая пара также может хорошо работать на более высоких частотах, но размеры кабеля могут быть неудобными. В телевизорах использовался 300-омный «ленточный» кабель, который на самом деле имеет меньшие потери, чем стандартный коаксиальный кабель на частотах ОВЧ. Но это было раздражающим в использовании, потому что его нужно было держать подальше от металлической крыши и т. Д., Было подвержено погодным повреждениям, и потребовался балун, чтобы преобразовать его в несимметричный на 75 Ом в приемнике.

На более высоких частотах коаксиальный кабель имеет преимущество в виде меньших потерь и более широкой полосы пропускания в прочном кабеле с отличным экранированием, а несбалансированный сигнал легче подключается. Протяженность кабелей, как правило, короткая, поэтому стоимость не является большой проблемой - за исключением кабельного телевидения, но тогда (в отличие от телефонов) каждому абоненту не нужна собственная схема, поэтому один кабель может обслуживать тысячи зрителей (современные кабельные каналы в основном оптоволоконные). Оптика, поэтому коаксиальный кабель намного короче).

Коаксиальные кабели обычно используются в аудио для соединения между компонентами и внутри оборудования, несмотря на то, что они не очень эффективны против низкочастотных магнитных помех. Однако импедансы цепи обычно находятся в диапазоне от 1 кОм до 1 м, поэтому магнитные помехи (которые генерируют высокий ток, но низкое напряжение) представляют меньшую проблему. Коаксиальный кабель все еще защищает от электрических полей (которые имеют больший эффект при более высоком импедансе) и радиочастотных помех всех типов. Аудиосигналы низкого уровня могут нуждаться в лучшей защите, и тогда часто используется экранированная витая пара. Это сочетает в себе преимущества обоих типов кабелей.

Я вижу, что концепция 50 Ом хороша, чтобы избавиться от отражений в теории линий электропередачи. Но почему несбалансированность коаксиальных кабелей не вызывает проблем с балансировкой импеданса?

Сбалансированный или несбалансированный не имеет значения для согласования импедансов, и точное согласование не всегда требуется в любом случае. Если длина кабеля намного меньше длины волны сигнала, то отражения в большинстве приложений не являются проблемой. Никого не волнует импеданс коаксиального кабеля в аудиоприложениях, и даже композитное видео (с полосой пропускания ~ 6 МГц) не подвержено влиянию несоответствующих кабелей в кабелях оборудования.

Совершенно отдельной причиной того, что коаксиальный кабель является предпочтительным для телевидения, является частотная характеристика.

Потери, связанные с витой парой, быстро возрастают с частотой, и модемы DSL пытаются использовать даже самую низкую полосу пропускания 10 МГц в абонентских абонентских контурах аналоговых телефонов. По той же причине высокоскоростной Ethernet ( 1G , 10G и выше) по витой паре ограничен очень короткими длинами физической линии (не более 100 м) - и для этого требуется множество современных технологий.

Коаксиальный кабель, с другой стороны, имеет (и всегда имел) достаточно низкие потери на частотах ОВЧ и УВЧ, необходимых для телевидения (от 10 с МГц до 1 ГГц).

В упрощенном виде:

Коаксиальные кабели свертывают плоскую поверхность земли, так что она имеет сильную симметрию и не имеет «снаружи» (ранее «ниже»).

Кроме того, глубина оболочки в кабелях означает, что внешняя оболочка эффективно изолирована (на более высоких частотах) от внутренней части оболочки, которая взаимодействует с сердечником.

При этом сбалансированные кабели очень полезны при правильном использовании. Обратите внимание, что импедансы к общей точке сбалансированы, а не «напряжения» (которые имеют произвольную ссылку, поскольку они всегда являются потенциальными различиями). Сбалансированные системы действуют как мосты Уитстона, где ничто не течет в поперечно сшитой руке