Czy można odrzucić hałas przemieszczający się na zewnątrz koncentrycznej linii przesyłowej?

Powiedzmy, że mam jakiś zwykły kabel koncentryczny między odbiornikiem a anteną. Ten koncentryczny będzie miał w sobie trzy prądy:

1. pożądany sygnał
2. dokładnie równy przeciwny prąd po wewnętrznej stronie ekranu (tak naprawdę również pożądany sygnał)
3. hałas na zewnątrz tarczy

Gdyby to była zrównoważona linia transmisyjna (nie koncentryczna), podłączę parę przewodów do wzmacniacza różnicowego, który odrzuciłby napięcie w trybie wspólnym. Byłbym pewien, że impedancja każdej strony jest równa, tak że prądy w trybie wspólnym wytwarzają tylko napięcia w trybie wspólnym, więc mój wzmacniacz różnicowy odrzucający napięcie w trybie wspólnym skutecznie również odrzuca prądy w trybie wspólnym.

Ale to tylko zwykły kabel koncentryczny z tylko jednym przewodnikiem środkowym. Impedancja ekranu i środkowego przewodnika nie są równe. Chociaż sygnał jest uwięziony w koncentrycznym przez ekran, czy mogę utrzymać ten rozdział prądów, gdy koncentryczny wejdzie do mojego obwodu odbiornika? Innymi słowy, jak podać odniesienie dla mojego obwodu odbiorczego, na który nie mają wpływu prądy szumowe (3)? Czy to nie jest możliwe?

Zauważ, że nie pytam o alternatywy dla kabla koncentrycznego lub innych rodzajów kabla koncentrycznego z wieloma ekranami itp. Nie jestem też bardzo zaniepokojony nieidealnymi dźwiękami wprowadzanymi do kabla koncentrycznego przez niedoskonałą osłonę itp. Praktyczny przykład niepokojącą sytuacją byłoby to, że mam antenę podłączoną do odbiornika za pomocą kabla koncentrycznego i chcę odbierać sygnał z anteny, ale nie sygnał z osłony kabla koncentrycznego (który może również stanowić całkiem dobrą antenę monopolową).

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

W niektórych zastosowaniach, w których czystość sygnału ma kluczowe znaczenie, stosuje się podwójnie ekranowany kabel koncentryczny (lub nawet potrójny). Wewnętrzna osłona przenosi ten sam sygnał, co środkowy przewodnik. To sprawia, że ​​pojemność jest znacznie mniejsza, a zewnętrzna osłona jest uziemiona. Zasadniczo zapewnia to sygnał różnicowy w stosunku do pojedynczego końca w odbiorniku z wysoką eliminacją szumów w trybie wspólnym. Dodatkowa tarcza (ekrany) pomaga również radykalnie zredukować emitowany hałas.

W systemie z pojedynczą osłoną szum na osłonie jest tłumiony przez filtry EMI. Czasami są to po prostu koraliki ferrytowe połączone szeregowo z dławikami uziemiającymi lub dławikami zwykłymi. To zależy od częstotliwości zainteresowania i rodzaju hałasu, jakie jest najlepsze rozwiązanie. Pamiętaj, że musisz tylko wydawać pieniądze i czas na obawy o odfiltrowanie częstotliwości, które mogą zaszkodzić Twojemu systemowi.

Oto kilka dobrych ilustracji z Muraty . Oraz dyskusja z burzowego kabla na temat ekranowanych źródeł / rodzajów szumów koncentrycznych, a także różnych rozwiązań ekranowania koncentrycznego.

EDYCJA: Mam trochę czasu, aby wyjaśnić, jak działa wieloekranowy system koncentryczny. Po pierwsze muszę podkreślić, że musisz zrozumieć swój EMI i to, jak twój projekt jest na niego wrażliwy. Często można to zrobić tylko poprzez przetestowanie prawdziwego projektu, ponieważ ścieżki sprzężenia i właściwości komponentów nie są w stanie całkowicie modelować. Tak więc, w trakcie szukania rozwiązań, zapewniam szeroką odpowiedź na szerokie pytanie.

Sygnał środkowy korzysta z filtrowania szumów w trybie wspólnym i nietypowym dzięki wielu osłonom zewnętrznym. Każdy, kto pracował z kablem koncentrycznym, wie, że nie są idealnymi osłonami i zawsze przeciekają. Rozwiązanie wielopłytkowe zapewnia dobrą równowagę między odrzucaniem EMI zarówno w trybie wspólnym, jak i w trybie innym niż wspólny (pod warunkiem, że są one poprawnie zakończone dla aplikacji). Dodanie odbioru różnicowego zapewnia bardziej filtrowanie w trybie wspólnym przy utracie nieco odrzucenia trybu nietypowego, o co pyta Andy Aka.

Jak więc pomaga połączenie głośniejszej wersji sygnału z czystszą wersją? Byłby to przypadek szumu w trybie nietypowym. W systemie wieloekranowym hałas w trybie nietypowym jest znacznie mniejszy dzięki dodatkowej tarczy. Więc hałas Andy jest ciekawy mniejszego problemu. Jeśli jednak twój system jest bardzo wrażliwy na ten interferator trybu nietypowego, wówczas użycie sygnału różnicowego pogorszy sytuację. W tym przypadku najlepiej byłoby zastosować nieróżnicowy sygnał w odniesieniu do filtrowanej wersji zewnętrznego sygnału uziemiającego i po prostu umieścić wewnętrzny ekranowany sygnał na końcowym obciążeniu, które ściśle odpowiada obciążeniu impedancyjnemu środkowego przewodu. Zakłada się, że Twój projekt nie skorzystałby na dodatkowym tłumieniu szumów w trybie wspólnym.

Dodatkowa redukcja szumów za pomocą sygnału różnicowego, o którym mowa w komentarzach, to eliminacja szumów w trybie wspólnym. Środkowy przewodnik i wewnętrzna osłona mogą działać jak linia zrównoważona. Linie mają podobną impedancję do uziemienia (idealnie byłyby takie same, ale trudno to zrobić w układzie koncentrycznym), więc pola zakłócające lub prądy indukują takie samo napięcie w obu przewodach. Ponieważ odbiornik reaguje tylko na różnicę między drutami, indukowane napięcie szumu nie ma na nie wpływu.

EMI jest złożonym tematem, a internet ma wiele głośnych opinii. Aby uzyskać więcej informacji na temat hałasu i ich efektów oraz ich filtrowania, oba podane przeze mnie łącza to doskonałe zasoby oparte na rozwiązywaniu problemów z zakłóceniami elektromagnetycznymi.

EDYCJA 2 (Oto bardziej szczegółowa odpowiedź po dyskusji na czacie z Philem): w tej analogowej aplikacji o niskiej mocy Phil wskazuje, że ma próbkowanie ADC 50 MHz 7 MHz do 30 MHz z zakresem dynamicznym od -55dBm do -110dBm z nieokreślonym poprzedzający go filtr dolnoprzepustowy. Kiedy uruchamia FFT, widzi źródła hałasu pochodzące z kierunku, który jest w pustym miejscu jego anteny. Zakłada się, że należy to odbierać z koncentrycznego, jednak mogą one pochodzić również z innych źródeł wewnętrznych lub zewnętrznych, w tym samej anteny, ponieważ będą odbierać sygnały nawet w zerowych punktach. Tak więc w tym momencie jego troską są ściśle wewnątrzpasmowe źródła hałasu. Musi znaleźć źródło tych metodycznie:

1. Wymień antenę na ekranowane obciążenie 50 omów. Zwróć uwagę na fałszywe poziomy.
2. Odłączyć kabel umieścić ekranowane obciążenie 50 omów na ADC. Zwróć uwagę na fałszywe poziomy.
3. Ponownie podłącz kabel z obciążeniem 50 omów w miejscu na antenę. Dodaj ferryt na końcu RX, który ma cechy materiału 31 dla tego pasma częstotliwości. Dodawaj dalej (czasem może być potrzebnych 5 lub 6), aż zobaczysz, że poziomy zbliżają się do tego, co zmierzyłeś w # 2.
4. Podłącz antenę. Zwróć uwagę na wzrost poziomów, to właśnie filtry odbiornika (w tym przypadku cyfrowego) będą musiały odrzucić.

Uważaj na swój zakres dynamiczny. Jeśli pojedynczy sygnał jest wyższy niż -55dBm, może generować coś, co wygląda jak fałszywy szum na innych częstotliwościach miksowanych przez wzmacniacze AGC, gdy próbujesz wzmocnić mniejszy sygnał.

Jeśli # 2 ujawnia niedopuszczalny wysoki hałas, wówczas to źródło hałasu należy odizolować. Może to być zasilacz, wewnętrzne źródło hałasu na płytce drukowanej lub odbierany w pomieszczeniu. Ekranowanie, miękkie arkusze ferrytowe i koraliki ferrytowe mogą być tutaj rozwiązaniem w zależności od źródła.

Jeśli nr 3 nie wykazuje poprawy, spróbuj zmienić położenie ferrytów wzdłuż kabla.

Kulki ferrytowe można również zaprojektować w płytce drukowanej w celu oddzielenia uziemienia na kablu koncentrycznym i płytce drukowanej z odpowiednią częstotliwością. Spowoduje to niewielką utratę mocy z powodu odbicia w paśmie przenoszenia, jednak redukcja szumów z nadwyżką zrekompensuje utratę mocy. Link Muratta podany powyżej ma wiele dyskusji na temat wykorzystania ferrytów PCB do tłumienia hałasu.

Czasami w ramach szybkiego eksperymentu wkładam specjalnie wykonaną beczkę koncentryczną, która przerywa połączenie uziemienia w osłonie. To tylko 2 żeńskie złącza koncentryczne z połączonym środkowym stykiem. Dostaniesz utratę mocy i trochę wycieku, ale powinno to szybko powiedzieć, czy ścieżka tarczy stanowi problem, czy nie.

Uwaga na temat pomiaru w tym paśmie. Istnieje wiele przejściowych źródeł hałasu, które przychodzą i odchodzą. Aby nie wyciągać włosów podczas testowania, użyj funkcji MAX HOLD dla swojego FFT. Uruchom ten maksymalny czas wstrzymania FFT przez 20-30 sekund, zwracając uwagę na miejsce wystąpienia stanów nieustalonych i jak długo musisz uruchomić maksymalne wstrzymanie, aby upewnić się, że wszystko widzisz. Staraj się uruchamiać testy tak szybko, jak to tylko możliwe, aby źródło hałasu nie miało czasu na wyłączenie i pomylenie wyników. Pamiętaj, że te transjenty będą się zmieniać w czasie, częstotliwości, mocy, więc uważnie je monitoruj, aby zrozumieć ich źródło.

Rozdzielczość FFTS jest ograniczona w oparciu o przepustowość wejściową i częstotliwość próbkowania. Dwie różne ostrogi znajdujące się blisko siebie i pochodzące z różnych źródeł mogą wyglądać jak jeden sygnał. Czasami trudno jest wyodrębnić wiele stanów nieustalonych na tej samej częstotliwości - możesz mieć wewnętrzny szum przy 8 MHz przy -55dBm i promieniowany stan nieustalony rozproszony na górze przy -60dBm. Możesz wyeliminować źródło promieniowania za pomocą ferrytu i zastanawiać się, dlaczego nadal występuje tam szum 8 MHz i sądzić, że ferryt nie zadziałał. To trudny czasochłonny biznes.

Jeszcze jedna uwaga na temat tej konfiguracji za pomocą FFT. Ponieważ jest tylko jeden fizyczny filtr dolnoprzepustowy, nie można używać FFT do powiększania impulsów o częstotliwości 10 MHz przy -90dBm, podczas gdy masz inne silniejsze sygnały / sygnały o częstotliwości np. 23 MHz. Prawdopodobnie naruszysz zakres dynamiczny ADC i wygenerujesz fałszywy fałszywy szum. Analizatory widma mają wiele przełączanych filtrów, aby temu zapobiec, więc to, co widzisz na ekranie, to zakres dynamiczny pomiaru.