Come vengono utilizzati senza problemi i cavi coassiali non bilanciati per la trasmissione di segnali TV?


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Per quanto ne so, nella telefonia vengono utilizzati cavi STP o doppini. Ciò crea impedenze di linea bilanciate, utili per mitigare le interferenze correlate alla modalità comune.

Pertanto, l'uso di cavi bilanciati nella telefonia e nell'audio è fondamentale per eliminare qualsiasi interferenza EM o RF.

D'altra parte, nelle trasmissioni TV o in molti sistemi RF vengono utilizzati cavi coassiali. E la maggior parte dei cavi coassiali che ho visto non sono bilanciati. Vedo che il concetto di 50 Ohm è buono per sbarazzarsi delle riflessioni nella teoria delle linee di trasmissione. Ma come mai lo squilibrio dei cavi coassiali non causa problemi con problemi di bilanciamento dell'impedenza?

Risposte:


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Ma come mai lo squilibrio dei cavi coassiali non ha problemi in termini di bilanciamento dell'impedenza?

La cosa bella del coassiale è che lo schermo devia per lo più tutte le interferenze del campo elettrico esterno a terra e il filo interno è sostanzialmente inalterato. Per un'interferenza esterna del campo magnetico, accade una cosa sottile; la corrente che scorre nella schermatura a causa della presenza del campo crea una caduta di volt lungo la schermatura e, a causa dell'accoppiamento quasi 1: 1 tra schermatura e interno, quella identica caduta di volt è presente sul nucleo interno.

Quindi, fornendo un ricevitore differenziale e l'estremità di invio ha ragionevolmente le stesse impedenze a terra sia sullo schermo che sull'interno, il ricevitore differenziale può rifiutare l'interferenza di modo comune.

Se si esegue la matematica sui campi esterni prodotti da un segnale regolare inviato verso il basso un coassiale e analizzato i campi dalle correnti di invio e ritorno singolarmente, si scopre che in tutti i punti all'esterno dello scudo, i campi magnetici opposti si annullano esattamente a zero. Non c'è campo magnetico fuori da un coassiale da un normale segnale coassiale.

L'impatto di ciò è che il campo magnetico del segnale viene prodotto solo nello spazio tra lo schermo interno ed esterno. Una ripercussione di ciò è che lo scudo deve quindi avere induttanza zero. Questo perché il campo magnetico esterno è zero (ovvero induzione zero) e il campo magnetico interno del segnale non ha alcun effetto su un conduttore tubolare (aka schermo), quindi lo schermo si comporta come un involucro di terra infinitamente spesso che circonda l'interno.

Potrebbe essere un po 'difficile da ingoiare ma se torni alle teorie dei campi magnetici associati a un flusso tubolare di corrente, viene prodotto un campo esterno ma nessun campo interno. Il contrario è del tutto vero; un campo magnetico all'interno di un tubo non induce tensione lungo il tubo E, dato che non c'è campo esterno, lo schermo ha induttanza zero.

Il risultato di tutte le mie divagazioni è che funziona nonostante abbia un regime di impedenza significativamente sbilanciato tra scudo interno ed esterno. Non è poi così facile vedere immediatamente che ti concedo così speriamo di avergli fatto un po 'di giustizia.


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Andy ----- nonostante "sconclusionato", lo sputi in modo piuttosto conciso.
analogsystemsrf,

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La telefonia vecchio stile era solo coppie di fili sui pali del telegrafo. La tecnologia non si era evoluta. Questo pone le basi per la telefonia che richiede un accordo equilibrato e che esclude il coassiale. Evitare i loop di terra è un'ottima ragione per evitare il coassiale ma, ad alte frequenze, un condensatore da schermatura a terra di (diciamo) 10 nF non è un grosso problema e quasi nessuna corrente di terra dell'alimentazione CA si "collega" a causa del fatto che è 50 / 60 Hz. Anche il minimo rumore di fondo sull'audio è estremamente evidente e meno, ma comunque un po 'fastidioso per la telefonia.
Andy alias il

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@atmnt Lo stesso motivo per cui non placcate oro e proteggete tutto.
DKNguyen,

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@atmnt STP è più economico e più facile da estendere a più coppie.
Hobbs,

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@LuisPossatti. Prendi un semplice esempio di una corrente di picco da (diciamo) un fulmine. Spingerà un'ondata di corrente lungo lo scudo. Proprio come un trasformatore 1: 1, la corrente di sovratensione indurrà una fine di tensione sull'interno identica alla tensione di fine corsa sullo schermo a causa di tale sovratensione. Sicuramente ci sarà un accoppiamento capacitivo ma, dato che la tensione in qualsiasi punto dello schermo e interno sono identici a causa dell'accoppiamento magnetico, nulla viene aggiunto o portato via considerando i campi elettrici. Puoi saggiamente far notare che ho detto che lo scudo non ha induttanza .....
Andy aka

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Andy parla di come funziona il coassiale in generale, ma un altro punto è che il video generalmente non ha gli stessi requisiti SNR dell'audio per cominciare. I dati con 8-10 bit per canale di colore forniscono immagini molto buone e ciò rappresenta un SNR di soli 50-60 dB.

D'altro canto, per essere considerato "qualità CD", l'audio deve avere almeno 16 bit di risoluzione, equivalenti a un SNR di quasi 100 dB.


La telefonia è un caso speciale. Sebbene non richieda molta larghezza di banda, richiede un intervallo dinamico equivalente a 13-14 bit. (Ma la codifica utilizzata riduce il SNR a circa 7 bit). L'UTP (doppino intrecciato non schermato) viene utilizzato solo perché è così economico da produrre e ne è richiesto molto.


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Quello che non capisco qui è che sicuramente i segnali TV includono sia audio che video.
Todd Wilcox,

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Il canale di trasmissione precedentemente analogico aveva una larghezza di banda di 6-8 MHz a seconda del paese e le ultime centinaia di kHz contenevano audio. Oggigiorno tutto è un flusso di bit digitale che contiene pacchetti audio e video.
Justme,

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Utilizzando trasformatori e balun (gasp). 'Balun' è l'abbreviazione di 'BAlanced-UNbalanced'
Soldersmoke

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@ToddWilcox: TV analogica utilizza FM per codificare l'audio, in cui l'SNR RF non influenza direttamente l'SNR audio come avviene con AM.
Dave Tweed

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@MSalters: in POTS, solo il loop degli abbonati è analogico. L'ufficio centrale è stato digitale per molto tempo.
Dave Tweed

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La principale differenza tecnica è il modo in cui rifiutano le interferenze. La coppia intrecciata si basa sull'interferenza che influenza equamente entrambi i fili, generando un rumore di modo comune che può essere facilmente respinto dal ricevitore differenziale. Funziona bene con interferenze magnetiche fino a frequenze molto basse.

Il cavo coassiale si basa sull'interferenza magnetica che induce correnti opposte nello schermo che annullano il campo magnetico all'interno. La penetrazione del campo magnetico nel cavo è limitata dall'effetto pelle . Funziona bene con le frequenze RF, ma scarsamente inutile con le frequenze audio e della linea di alimentazione. A 50Hz la profondità della pelle è ~ 9mm, quindi l'interferenza passa attraverso lo scudo.

Quindi quale sia la migliore dipende in gran parte dalle frequenze coinvolte e dal tipo di interferenza che può essere presente, ma non è l'unica ragione per scegliere l'una rispetto all'altra.

Le linee telefoniche analogiche devono spesso passare vicino alle linee elettriche per lunghe distanze mentre trasportano segnali audio di livello abbastanza basso. L'orecchio umano è abbastanza sensibile alle armoniche della linea elettrica che il coassiale non sarebbe in grado di respingere. Il cavo coassiale è anche più voluminoso e più costoso, il che è un grosso problema quando devi percorrerne migliaia per molti chilometri. Immagina questo , ma con 1800 singoli cavi coassiali raggruppati insieme ...

inserisci qui la descrizione dell'immagine

La coppia intrecciata può anche funzionare bene a frequenze più alte, ma le dimensioni del cavo possono essere scomode. I televisori utilizzavano un cavo a nastro da 300 Ω, che in realtà ha una perdita inferiore rispetto al coassiale standard alle frequenze VHF. Ma era fastidioso da usare perché doveva essere tenuto lontano dal tetto di metallo, ecc., Era soggetto a danni da agenti atmosferici ed era necessario un balun per convertire a 75Ω sbilanciato sul ricevitore.

A frequenze più elevate il coassiale presenta il vantaggio di una perdita minore e una larghezza di banda più ampia in un cavo robusto con schermatura eccellente e il segnale sbilanciato è più facile da interfacciare. I percorsi dei cavi sono generalmente brevi, quindi il costo non è un grosso problema, tranne CATV, ma poi (a differenza dei telefoni) ogni abbonato non ha bisogno del proprio circuito, quindi un singolo cavo può servire migliaia di spettatori (il moderno CATV è principalmente in fibra ottica quindi le corse coassiali sono molto più brevi).

I cavi coassiali sono comunemente utilizzati nell'audio per il collegamento tra componenti e apparecchiature interne, nonostante non siano molto efficaci contro le interferenze magnetiche a bassa frequenza. Tuttavia, le impedenze del circuito sono generalmente nell'intervallo da 1k a 1M, quindi l'interferenza magnetica (che genera alta corrente ma bassa tensione) è meno problematica. Il coassiale protegge ancora dai campi elettrici (che hanno un effetto maggiore a un'impedenza maggiore) e dalle interferenze RF di tutti i tipi. I segnali audio di basso livello possono richiedere una migliore protezione, quindi viene spesso utilizzato un doppino intrecciato schermato. Questo combina i vantaggi di entrambi i tipi di cavo.

Vedo che il concetto di 50 Ohm è buono per sbarazzarsi delle riflessioni nella teoria delle linee di trasmissione. Ma come mai lo squilibrio dei cavi coassiali non causa problemi con problemi di bilanciamento dell'impedenza?

Equilibrato o sbilanciato non fa differenza per l'adattamento dell'impedenza, e comunque non è sempre necessario un adattamento preciso. Se la lunghezza del cavo è molto più corta delle lunghezze d'onda del segnale, i riflessi non sono un problema nella maggior parte delle applicazioni. A nessuno importa dell'impedenza coassiale nelle applicazioni audio e persino il video composito (con una larghezza di banda di ~ 6 MHz) non è visibilmente influenzato dai cavi senza eguali nei cavi delle apparecchiature.


Vorrei chiedere un paio di cose che mi infastidiscono poiché non capisco quelle parti. 1-) Hai menzionato: "I cavi coassiali sono comunemente usati nell'audio per collegarsi tra componenti e apparecchiature interne, nonostante non siano molto efficaci contro le interferenze magnetiche a bassa frequenza". Come possiamo dimostrare che dal punto di vista del modello di circuito l'interferenza magnetica a bassa frequenza è il lato negativo del coassiale? Perché un coassiale è meno immune alle basse frequenze. interferenze? Come dimostrarlo?
Atmnt

2-) Quindi hai menzionato: "Tuttavia le impedenze del circuito sono generalmente nell'intervallo da 1k a 1M, quindi l'interferenza magnetica (che genera alta corrente ma bassa tensione) è meno un problema" Non capisco neanche questo. Puoi mostrarlo anche con un modello di circuito o un ect di analogia?
Atmnt

L'interferenza magnetica induce una tensione relativamente bassa nel filo. A impedenza inferiore questa tensione provoca un maggiore flusso di corrente e una maggiore potenza del rumore. Un segnale a bassa impedenza ha una tensione inferiore a un determinato livello di potenza, quindi il rapporto rumore / segnale è più elevato. per esempio. un microfono da 50 Ohm (bassa impedenza) contro un microfono da 5k Ohm (alta impedenza). Entrambi i cavi del microfono ottengono la stessa tensione di ronzio indotta in essi, ma il microfono da 5k produce una tensione del segnale 10 volte superiore allo stesso livello sonoro, quindi il ronzio è dieci volte inferiore (-20 dB) rispetto al segnale.
Bruce Abbott,

Mi chiedevo principalmente perché il coassiale fosse meno immune alle basse frequenze. interfaccia di alta frequenza. interfaccia. Ancora non capisco molte cose qui.
Atmnt

L'immunità inferiore è dovuta alla maggiore penetrazione del campo magnetico nel cavo perché "l'effetto pelle" è inferiore. In realtà l'ho avuto nella mia risposta ma l'ho preso per brevità!
Bruce Abbott,

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Un motivo completamente separato che favorisce il coassiale per la TV è la risposta in frequenza.

Le perdite associate alla coppia intrecciata aumentano rapidamente con la frequenza, al punto in cui i modem DSL fanno fatica a utilizzare anche i 10 MHz di larghezza di banda più bassi sui circuiti di abbonamento di telefoni analogici. Per lo stesso motivo, Ethernet ad alta velocità ( 1G , 10G e oltre) su doppino intrecciato è limitato a lunghezze di collegamento fisico molto brevi (al massimo 100m) e richiede molta tecnologia moderna per arrivarci.

Il coassiale, d'altra parte, ha (e ha sempre avuto) perdite ragionevolmente basse alle frequenze VHF e UHF richieste per la TV (da 10s di MHz a 1 GHz).


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In una vista semplicistica:

I cavi coassiali arrotolano la vista piatta della terra in modo che abbia una forte simmetria e non "esterna" (precedentemente "sotto").

Inoltre la profondità della pelle nei cavi significa che l'esterno della guaina è effettivamente isolato (alle frequenze più alte) dall'interno della guaina che interagisce con il nucleo.

Detto questo, i cavi bilanciati sono molto utili se usati correttamente. Si noti che sono le impedenze al punto comune che sono bilanciate, non le "tensioni" (che hanno un riferimento arbitrario in quanto sono sempre differenze potenziali). I sistemi bilanciati si comportano come ponti di Wheatstone dove non scorre nulla nel braccio reticolato.

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