Pertanyaan ini sebagai yang ditulis awalnya terdengar agak gila: awalnya diajukan kepada saya oleh seorang kolega sebagai lelucon. Saya seorang ahli fisika NMR eksperimental. Saya sering ingin melakukan eksperimen fisik yang pada akhirnya mendidih untuk mengukur tegangan AC kecil (~ μV) sekitar 100-300 MHz, dan menarik arus sekecil mungkin. Kami melakukan ini dengan rongga resonansi dan konduktor koaksial yang cocok dengan impedansi (50 Ω). Karena kami kadang-kadang ingin meledakkan sampel kami dengan kW RF, konduktor ini seringkali cukup "gemuk" - coax berdiameter 10 mm dengan konektor tipe-N berkualitas tinggi dan kehilangan insersi rendah rendah pada frekuensi yang diinginkan.
Namun, saya pikir pertanyaan ini menarik, untuk alasan yang akan saya uraikan di bawah. Hambatan DC dari rakitan konduktor coax modern sering diukur dalam ~ 1 Ω / km, dan dapat diabaikan untuk 2 m kabel yang biasanya saya gunakan. Pada 300 MHz, bagaimanapun, kabel memiliki kedalaman kulit yang diberikan oleh
sekitar empat mikron. Jika seseorang mengasumsikan bahwa pusat coax saya adalah kawat padat (dan karenanya mengabaikan efek proximity), total resistansi AC secara efektif
di mana D adalah total diameter kabel. Untuk sistem saya, ini sekitar 0,2 Ω. Namun, menahan segala sesuatu yang lain konstan, perkiraan naif ini menyiratkan bahwa skala kerugian AC Anda 1 / D, yang akan cenderung menyiratkan bahwa seseorang ingin konduktor sebesar mungkin.
Namun, diskusi di atas sepenuhnya mengabaikan kebisingan. Saya mengerti bahwa setidaknya ada tiga sumber utama kebisingan yang harus saya pertimbangkan: (1) kebisingan termal (Johnson-Nyquist), yang disebabkan oleh konduktor itu sendiri dan kapasitor yang sesuai di jaringan saya, (2) kebisingan yang disebabkan oleh radiasi RF di tempat lain di alam semesta, dan (3) suara tembakan dan suara 1 / f muncul dari sumber fundamental. Saya tidak yakin bagaimana interaksi ketiga sumber ini (dan apa pun yang saya lewatkan!) Akan mengubah kesimpulan yang dicapai di atas.
Secara khusus, ekspresi untuk tegangan kebisingan Johnson yang diharapkan,
pada dasarnya tidak tergantung pada massa konduktor, yang menurut saya agak aneh - orang mungkin berharap bahwa massa termal yang lebih besar dari bahan nyata akan memberikan lebih banyak kesempatan untuk (setidaknya secara sementara) arus kebisingan yang diinduksi. Selain itu, semua yang saya kerjakan adalah RF yang terlindungi, tetapi saya tidak bisa tidak berpikir bahwa pelindung itu (dan seluruh ruangan) akan memancarkan sebagai benda hitam pada 300 K ... dan karena itu memancarkan beberapa RF yang sebaliknya. dirancang untuk berhenti.
Pada titik tertentu , perasaan saya adalah bahwa proses kebisingan ini akan berkonspirasi untuk membuat peningkatan dalam diameter konduktor yang digunakan tidak ada gunanya, atau merusak kanan bawah. Naif, saya pikir ini jelas benar, atau laboratorium akan diisi dengan kabel yang sangat besar untuk digunakan dengan eksperimen sensitif. Apakah saya benar?
Apa adalah yang optimum diameter konduktor koaksial untuk digunakan saat membawa informasi yang terdiri dari perbedaan potensial dari beberapa besaran kecil v pada frekuensi AC f? Apakah semuanya begitu didominasi oleh keterbatasan preamplifier (GaAs FET) sehingga pertanyaan ini sama sekali tidak ada gunanya?
sumber
Jawaban:
Anda benar pada semua yang Anda sebutkan. Kabel yang lebih besar memiliki kerugian yang lebih rendah.
Kehilangan rendah penting di dua bidang
1) Kebisingan
Redaman dari pengumpan adalah apa yang menambahkan noise Johnson yang sesuai dengan suhunya pada sinyal. Pengumpan dengan panjang hampir nol memiliki atenuasi mendekati nol dan mendekati angka noise.
Hingga satu meter atau beberapa (tergantung pada frekuensinya), figur noise dari kabel tipikal cenderung didominasi oleh figur noise dari amplifier input yang Anda gunakan, bahkan kabel dengan diameter pensil (Anda bisa mendapatkan kabel yang sangat tipis, mm bahkan, dan ini Anda harus khawatir tentang panjang meter).
Untuk menurunkan sinyal dari atap Anda ke lab, setiap kabel yang layak akan sangat renggang, bahkan yang sangat tebal, sehingga solusinya hampir selalu berupa LNA di atap, tepat setelah antena.
Itu sebabnya cenderung tidak melihat kabel yang benar-benar gemuk di laboratorium, mereka tidak diperlukan untuk hop pendek, mereka tidak cukup untuk hambatan lama.
b) Penanganan daya tinggi
Di stasiun pemancar, Anda cenderung memiliki penguat di gedung, dan antena 'di luar sana' di suatu tempat. Menempatkan amplifier 'di luar sana' juga biasanya bukan pilihan, sehingga di sini Anda lakukan memiliki kabel lemak, seperti lemak mungkin mengingat bahwa mereka harus tetap TEM, tanpa moding. Itu berarti <3.5mm untuk 26GHz, <350mm untuk 260MHz dll.
sumber
Bagi kebanyakan orang yang memposting jawaban pada tumpukan khusus ini, jawaban untuk ukuran kabel optimal umumnya memiliki banyak kaitan dengan ekonomi, masa pakai, kemudahan penggunaan dan semacamnya. Setiap masalah individu memiliki set parameter pendefinisiannya sendiri, yang pada gilirannya akan digunakan untuk membuat spesifikasi yang akan dipenuhi atau dilampaui.
Ini adalah langkah penting yang harus diambil, karena optimasi prematur adalah masalah nyata. Saya benar-benar dapat menjamin beberapa hal tentang desain elektronik yang selalu benar. Kabel berdiameter lebih besar mengalami lebih sedikit limbah panas karena konduktivitas yang lebih baik, voltase yang lebih tinggi memungkinkan lebih banyak daya untuk dikirim per unit saat ini, dan baterai yang lebih besar memiliki kapasitas lebih besar. Tetapi solusinya harus benar - benar sesuai dengan masalahnya, sehingga seringkali Anda akan menemukan diri Anda menggunakan spesifikasi untuk memilih apa yang dapat diterima untuk masalah tertentu yang Anda alami saat ini.
Anda telah menunjukkan pemahaman yang lebih dari cukup tentang masalah yang dihadapi, dan saya dengan rendah hati menyampaikan bahwa Anda mungkin lebih cocok untuk detail daripada saya saat ini. Anda juga tampaknya terlibat dalam penelitian, bukan desain. Karena itu, saya akan menawarkan saran ini - memiliki pemahaman yang kuat tentang persyaratan kebisingan dan bagaimana mereka dipengaruhi oleh peningkatan suhu dari waktu ke waktu, memutuskan nilai kebisingan Johnson yang tidak nol yang saat ini dapat diterima untuk pekerjaan Anda, dan desain di sekitarnya sebagai spesifikasi. Tetapkan ukuran dan jenis konduktor, dan jika perlu pertimbangkan pendinginan aktif (asalkan, tentu saja, bahwa itu tidak mengganggu atau membatalkan penelitian Anda).
sumber
Meskipun Anda benar dalam detail Anda, saya pikir Anda telah melewatkan hutan untuk pepohonan. Dengan beban 50 ohm, Anda tidak perlu khawatir kehilangan kabel karena efek resistif. setidaknya tidak untuk pengukuran RF.
sumber