Có hợp lý không khi luôn sử dụng dây dẫn có đường kính lớn hơn để mang tín hiệu nhỏ hơn?

Câu hỏi này như được viết ban đầu nghe có vẻ hơi điên rồ: ban đầu nó được một đồng nghiệp hỏi tôi như một trò đùa. Tôi là một nhà vật lý thí nghiệm NMR. Tôi thường muốn thực hiện các thí nghiệm vật lý mà cuối cùng đun sôi để đo điện áp AC nhỏ (~ PhaV) ở khoảng 100-300 MHz và rút ra dòng điện nhỏ nhất có thể. Chúng tôi làm điều này với các khoang cộng hưởng và dây dẫn đồng trục có trở kháng (50 Ω). Bởi vì đôi khi chúng tôi muốn làm nổ các mẫu của chúng tôi với công suất RF, các dây dẫn này thường khá "cứng" - đường kính 10 mm với các đầu nối loại N chất lượng cao và tổn thất chèn thấp ở tần số quan tâm.

Tuy nhiên, tôi nghĩ rằng câu hỏi này là quan tâm, vì những lý do tôi sẽ phác thảo dưới đây. Điện trở DC của các cụm dây dẫn dỗ hiện đại thường được đo bằng ~ 1 Ω / km và có thể bỏ qua 2 m cáp tôi thường sử dụng. Tuy nhiên, ở 300 MHz, cáp có độ sâu da được cho bởi

khoảng bốn micron. Nếu người ta giả định rằng trung tâm của tôi dỗ một sợi dây rắn (và do đó bỏ qua các hiệu ứng lân cận), thì tổng điện trở AC có hiệu quả

Trong đó D là tổng đường kính của cáp. Đối với hệ thống của tôi, đây là khoảng 0,2. Tuy nhiên, giữ mọi thứ khác không đổi, phép tính gần đúng ngây thơ này ngụ ý rằng tổn thất AC của bạn là 1 / D, điều này có xu hướng ngụ ý rằng người ta sẽ muốn dây dẫn càng lớn càng tốt.

Tuy nhiên, các cuộc thảo luận ở trên hoàn toàn bỏ qua tiếng ồn. Tôi hiểu rằng có ít nhất ba nguồn nhiễu chính tôi nên xem xét: (1) nhiễu nhiệt (Johnson-Nyquist), gây ra trong chính dây dẫn và trong các tụ điện phù hợp trong mạng của tôi, (2) gây ra nhiễu phát ra từ bức xạ RF ở những nơi khác trong vũ trụ và (3) bắn tiếng ồn và tiếng ồn 1 / f phát sinh từ các nguồn cơ bản. Tôi không chắc chắn cách tương tác của ba nguồn này (và bất kỳ nguồn nào tôi có thể đã bỏ lỡ!) Sẽ thay đổi kết luận đạt được ở trên.

Cụ thể, biểu thức cho điện áp nhiễu Johnson dự kiến,

về cơ bản là độc lập với khối lượng của dây dẫn, điều mà tôi thấy khá kỳ lạ - người ta có thể hy vọng rằng khối nhiệt lớn hơn của vật liệu thực sẽ cung cấp nhiều cơ hội hơn cho (ít nhất là thoáng qua) dòng điện gây ra. Ngoài ra, mọi thứ tôi làm việc đều được che chắn bằng RF, nhưng tôi không thể không nghĩ rằng tấm chắn (và phần còn lại của căn phòng) sẽ tỏa ra như một vật thể màu đen ở 300 K ... và do đó phát ra một số RF rằng nó khác được thiết kế để dừng lại.

Tại một số điểm , cảm giác ruột của tôi là các quá trình tiếng ồn này sẽ âm mưu làm cho bất kỳ sự gia tăng nào về đường kính của dây dẫn được sử dụng vô nghĩa, hoặc xuống bên phải gây khó chịu. Ngây thơ, tôi nghĩ rằng điều này rõ ràng đã trở thành sự thật, hoặc các phòng thí nghiệm sẽ được lấp đầy bằng các dây cáp hoàn toàn khổng lồ để sử dụng cho các thí nghiệm nhạy cảm. Tôi có đúng không

Có gì là sự tối ưu đường kính dây dẫn đồng trục để sử dụng khi mang thông tin bao gồm một sự khác biệt tiềm năng của một số cường độ nhỏ v ở một tần số AC f? Có phải mọi thứ bị chi phối bởi những hạn chế của tiền khuếch đại (GaAs FET) đến nỗi câu hỏi này là hoàn toàn vô nghĩa?

Bạn thực sự đúng về mọi thứ bạn đã đề cập. Cáp lớn hơn có tổn thất thấp hơn.

Mất mát rất quan trọng trong hai lĩnh vực

1) Tiếng ồn

Độ suy giảm của bộ nạp là những gì thêm nhiễu Johnson tương ứng với nhiệt độ của nó vào tín hiệu. Một bộ cấp có độ dài gần bằng 0 có độ suy giảm gần bằng 0 và do đó, con số gần bằng không.

Lên đến một mét hoặc vài (tùy thuộc vào tần số), độ nhiễu của cáp thông thường có xu hướng bị chi phối bởi hình nhiễu của bộ khuếch đại đầu vào bạn đang sử dụng, thậm chí cả cáp có đường kính bút chì (bạn có thể có cáp thực sự mỏng, phụ mm chẵn, và trong những điều này bạn phải lo lắng về chiều dài mét).

Để thu được tín hiệu từ mái nhà của bạn vào phòng thí nghiệm, bất kỳ cáp khả thi nào cũng sẽ rất mất mát, thậm chí là dày bất thường, rằng giải pháp hầu như luôn luôn là LNA trên mái nhà, ngay sau ăng ten.

Đó là lý do tại sao không có xu hướng không nhìn thấy dây cáp thực sự béo trong phòng thí nghiệm, chúng không cần thiết cho bước nhảy ngắn, chúng không đủ cho những cú kéo dài.

b) Xử lý công suất cao

Trong một trạm phát, bạn có xu hướng có bộ khuếch đại trong tòa nhà và ăng-ten 'ngoài kia' ở đâu đó. Đưa bộ khuếch đại 'ngoài kia' cũng thường không phải là một lựa chọn, vì vậy ở đây bạn làm có cáp chất béo, như chất béo càng tốt cho rằng họ phải duy trì TEM, không moding. Điều đó có nghĩa là <3,5mm cho 26GHz, <350mm cho 260 MHz, v.v.

$\Omega$$\Omega$

Đối với hầu hết mọi người đăng câu trả lời trên ngăn xếp cụ thể này, câu trả lời cho kích thước cáp tối ưu thường có liên quan nhiều đến kinh tế, tuổi thọ, dễ sử dụng và như vậy. Mỗi vấn đề riêng lẻ có một bộ tham số xác định riêng, lần lượt sẽ được sử dụng để tạo ra một đặc tả sẽ được đáp ứng hoặc vượt quá.

Đây là một bước quan trọng cần thực hiện, bởi vì tối ưu hóa sớm là một vấn đề thực sự. Tôi hoàn toàn có thể đảm bảo một số điều về thiết kế điện tử luôn luôn đúng. Cáp có đường kính lớn hơn sẽ ít lãng phí nhiệt hơn do độ dẫn được cải thiện, điện áp cao hơn cho phép truyền nhiều năng lượng hơn trên mỗi đơn vị dòng điện và pin lớn hơn có dung lượng lớn hơn. Nhưng giải pháp phải thực sự phù hợp với vấn đề, vì vậy, thường xuyên bạn sẽ thấy mình sử dụng thông số kỹ thuật để chọn chính xác những gì có thể chấp nhận được cho vấn đề cụ thể bạn đang gặp phải vào lúc này.

Bạn đã chứng minh sự hiểu biết đầy đủ hơn về các vấn đề trong tay, và tôi khiêm tốn trình bày rằng bạn có khả năng phù hợp hơn với các chi tiết so với tôi hiện tại. Bạn dường như cũng tham gia vào nghiên cứu, hơn là thiết kế. Trong trường hợp đó, tôi sẽ đưa ra lời khuyên này - hiểu rõ về các thuật ngữ tiếng ồn và cách chúng bị ảnh hưởng bởi việc tăng nhiệt độ theo thời gian, quyết định giá trị tiếng ồn Johnson chắc chắn, có thể chấp nhận được cho công việc của bạn, và thiết kế xung quanh đó như là một đặc điểm kỹ thuật. Đặt kích thước và loại dây dẫn, và nếu cần, hãy xem xét làm mát chủ động (tất nhiên, với điều kiện là nó không can thiệp hoặc làm mất hiệu lực nghiên cứu của bạn).

Trong khi bạn chính xác trong chi tiết của bạn, tôi nghĩ rằng bạn đã bỏ lỡ rừng cho cây. Với tải 50 ohm, bạn không cần phải lo lắng về tổn thất trong cáp do hiệu ứng điện trở. ít nhất là không cho các phép đo RF.