क्या छोटे संकेतों को ले जाने के लिए हमेशा बड़े व्यास के कंडक्टर का उपयोग करना समझदारी है?

Question

मूल रूप से लिखा गया यह सवाल थोड़ा पागल लगता है: यह मूल रूप से एक सहयोगी द्वारा मजाक के रूप में मुझसे पूछा गया था। मैं एक प्रयोगात्मक एनएमआर भौतिक विज्ञानी हूं। मैं अक्सर शारीरिक प्रयोग करना चाहता हूं जो अंततः लगभग 100-300 मेगाहर्ट्ज पर छोटे एसी वोल्टेज (~ )V) को मापने के लिए उबालता है, और सबसे छोटा वर्तमान संभव खींचता है। हम गुंजयमान गुहाओं और प्रतिबाधा-मिलान (50 co) समाक्षीय कंडक्टर के साथ ऐसा करते हैं। क्योंकि हम कभी-कभी अपने नमूनों को आरएफ के एक किलोवाट के साथ विस्फोट करना चाहते हैं, ये कंडक्टर अक्सर काफी "मांसल" होते हैं - उच्च गुणवत्ता वाले एन-टाइप कनेक्टर और ब्याज की आवृत्ति पर कम कम सम्मिलन हानि के साथ 10 मिमी व्यास।

हालाँकि, मुझे लगता है कि यह सवाल दिलचस्पी का है, जिन कारणों के लिए मैं नीचे बताऊंगा। आधुनिक कॉक्स कंडक्टर असेंबली का डीसी प्रतिरोध अक्सर ~ 1 and / किमी में मापा जाता है, और 2 मीटर केबल के लिए मुझे उपेक्षित किया जा सकता है जो मैं आमतौर पर उपयोग करता हूं। हालांकि, 300 मेगाहर्ट्ज पर, केबल में त्वचा की गहराई दी गई है

$$\delta=\sqrt{{2\rho }\over{\omega\mu}}$$

चार माइक्रोन के बारे में। अगर कोई मानता है कि मेरे कोअक्स का केंद्र एक ठोस तार (और इसलिए निकटता प्रभाव की उपेक्षा करता है), कुल एसी प्रतिरोध प्रभावी रूप से है

$$R_\text{AC}\approx\frac{L\rho}{\pi D\delta},$$

जहां D केबल का कुल व्यास है। मेरे सिस्टम के लिए, यह लगभग 0.2 is है। हालाँकि, हर चीज को स्थिर रखते हुए, इस भोले अंदाज का तात्पर्य है कि आपके एसी का घाटा 1 / D के बराबर है, जो यह दर्शाता है कि कंडक्टर जितना संभव हो उतना बड़ा होगा।

हालाँकि, उपरोक्त चर्चा पूरी तरह से शोर की उपेक्षा करती है। मैं समझता हूं कि शोर के कम से कम तीन मुख्य स्रोत हैं जिन पर मुझे विचार करना चाहिए: (1) थर्मल (जॉनसन-न्याक्विस्ट) शोर, अपने आप कंडक्टर में और मेरे नेटवर्क में संधारित्र में प्रेरित, (2) आरएफ विकिरण से उत्पन्न शोर ब्रह्मांड में कहीं और, (3) शॉट शोर और 1 / f मूल स्रोतों से उत्पन्न शोर। मुझे यकीन नहीं है कि इन तीन स्रोतों (और किसी भी मैं याद किया हो सकता है!) की बातचीत कैसे ऊपर पहुंची निष्कर्ष को बदल देगी।

विशेष रूप से, अपेक्षित जॉनसन शोर वोल्टेज के लिए अभिव्यक्ति,

$$v_n=\sqrt{4 k_B T R \Delta f},$$

अनिवार्य रूप से कंडक्टर के द्रव्यमान से स्वतंत्र है, जिसे मैं भोली तरह से अजीब पाता हूं - एक उम्मीद कर सकता है कि एक वास्तविक सामग्री का बड़ा थर्मल द्रव्यमान (कम से कम क्षणिक रूप से) प्रेरित शोर धाराओं के लिए अधिक अवसर प्रदान करेगा। इसके अतिरिक्त, मैं जो कुछ भी काम करता हूं वह आरएफ परिरक्षित है, लेकिन मैं मदद नहीं कर सकता लेकिन लगता है कि परिरक्षण (और कमरे के बाकी) 300 के पर एक काले शरीर के रूप में विकीर्ण करेगा ... और इसलिए कुछ आरएफ का उत्सर्जन करें कि यह अन्यथा है रोकने के लिए बनाया गया है।

कुछ बिंदु पर , मेरी आंत की भावना यह है कि ये शोर प्रक्रियाएं कंडक्टर के व्यास में किसी भी वृद्धि को व्यर्थ इस्तेमाल करने, या नीचे सही ह्रास करने के लिए सुनिश्चित करेंगी। वास्तव में, मुझे लगता है कि यह स्पष्ट रूप से सच हो गया है, या प्रयोगशालाओं को संवेदनशील प्रयोगों के साथ उपयोग किए जाने वाले बिल्कुल विशाल केबलों से भरा होगा । क्या मैं सही हू?

क्या है इष्टतम समाक्षीय कंडक्टर व्यास जब एक एसी आवृत्ति च पर कुछ छोटे परिमाण वी का एक संभावित अंतर से मिलकर जानकारी ले जाने के उपयोग कैसे करें? क्या (GaAs FET) preamplifier की सीमाओं पर सब कुछ इतना हावी है कि यह सवाल पूरी तरह से व्यर्थ है?

Comments

IR क्षेत्र में रिक्त धातुओं के लिए उत्सर्जन गुणांक बहुत कम है (आप इसे आकाश में धातु को इंगित करके IR थर्मामीटर के साथ दर्पण और माप -40 ° C के रूप में उपयोग कर सकते हैं), इसलिए हो सकता है कि काले शरीर के विकिरण के संबंध में मदद करता है (और यह लगभग 30 THz है)। मैं यह भी सोच रहा हूं कि क्या थर्मल द्रव्यमान को प्रभावी रूप से ध्यान रखा जा रहा है क्योंकि द्रव्यमान का प्रतिरोध पर प्रभाव होगा, द्रव्यमान में वृद्धि से एक छोटा प्रतिरोध होगा, मैंने कभी यह गणना करने की कोशिश नहीं की है ... कठिन सवाल (शायद Phys.S.S. के लिए बेहतर है?)

— आर्सेनल

LNA / पूर्व-amp के बारे में, हाँ, मैंने एक अच्छा कम शोर एम्पलीफायर को भारी उठाने दिया और नुकसान की भरपाई की और इसलिए, अतिरिक्त शोर बहुत कम है और बिना किसी परिणाम के बनाया गया है। दिलचस्प सवाल

— जॉन्नीमोपो

दिलचस्प भी प्रतिबाधा पर विचार करने के लिए के रूप में तार की परिधि एक गुंजयमान आकार से संपर्क करती है - 300 मेगाहर्ट्ज पर बिग लेकिन सवाल की भावना का पालन करते हुए

— जॉन्नीमोपो

काले शरीर के विकिरण के रूप में, केबल का अलगाव संभवतः (गणना नहीं करता है) kW शक्तियों (60+ dBm) पर बहुत अधिक शक्ति लीक करता है। सस्ता केबल शायद 30 डीबी है और वास्तव में अच्छा है शायद 90 डीबी अलगाव।

— जोहानिमोपो

Answer 1

आपके द्वारा बताई गई हर चीज पर आप काफी हद तक सही हैं। बड़े केबल में कम नुकसान होता है।

दो क्षेत्रों में कम नुकसान महत्वपूर्ण है

1) शोर

एक फीडर का क्षीणन वह है जो सिग्नल पर अपने तापमान के अनुरूप जॉनसन शोर जोड़ता है। लगभग शून्य लंबाई के एक फीडर के पास शून्य क्षीणन और इतने पर शून्य शोर आंकड़ा है।

एक मीटर या कई (आवृत्ति पर निर्भर करता है) तक, एक विशिष्ट केबल का शोर आंकड़ा आपके द्वारा उपयोग किए जा रहे इनपुट एम्पलीफायर के शोर आंकड़े से हावी होता है, यहां तक ​​कि पेंसिल व्यास के केबल (आप वास्तव में पतली केबल प्राप्त कर सकते हैं , उप- मिमी भी, और इनमें आपको मीटर की लंबाई के बारे में चिंता करने की ज़रूरत है)।

प्रयोगशाला में अपनी छत से नीचे सिग्नल प्राप्त करने के लिए, कोई भी संभव केबल इतनी हानिरहित होगी, यहां तक ​​कि असामान्य रूप से मोटी भी, कि समाधान लगभग हमेशा छत पर एक एलएनए होता है, सीधे एंटीना के बाद।

यही कारण है कि प्रयोगशालाओं में वास्तव में वसा वाले केबल नहीं देखते हैं, उन्हें शॉर्ट हॉप्स की आवश्यकता नहीं है, वे लंबे ड्रग्स के लिए पर्याप्त नहीं हैं।

बी) उच्च शक्ति से निपटने

एक ट्रांसमीटर स्टेशन में, आप इमारत में एम्पलीफायर, और ऐन्टेना 'कहीं' बाहर करते हैं। एम्पलीफायर को 'वहां से बाहर' लाना आमतौर पर एक विकल्प नहीं है, इसलिए यहां आप ऐसा करते हैं संभव के रूप में वसा के रूप में दिया TEM रहने के लिए, moding बिना है कि वे, वसा केबलों की है। इसका मतलब है कि 26GHz के लिए <3.5 मिमी, 260MHz आदि के लिए <350 मिमी।

$\Omega$$\Omega$

Answer 2

इस विशेष स्टैक पर उत्तर पोस्ट करने वाले अधिकांश लोगों के लिए, इष्टतम केबल आकार का उत्तर आमतौर पर अर्थशास्त्र, सेवा जीवन, उपयोग में आसानी और इस तरह से बहुत कुछ है। प्रत्येक व्यक्तिगत समस्या के परिभाषित मापदंडों का अपना सेट होता है, जो बदले में एक विनिर्देश बनाने के लिए उपयोग किया जाएगा जो मिले या पार हो जाएंगे।

यह एक महत्वपूर्ण कदम है, क्योंकि समय से पहले अनुकूलन एक वास्तविक समस्या है। मैं इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन के बारे में कई बातों की गारंटी दे सकता हूं जो हमेशा सच होती हैं। बड़ी व्यास की केबलों में सुधार की चालकता के कारण कम गर्मी के कचरे का अनुभव होता है, उच्च वोल्टेज प्रति यूनिट करंट को अधिक शक्ति प्रदान करने की अनुमति देता है, और बड़ी बैटरी में अधिक क्षमता होती है। लेकिन समाधान वास्तव में समस्या को फिट करना चाहिए , इसलिए अक्सर आप विनिर्देशन का उपयोग करके खुद को पाएंगे कि आप उस विशेष समस्या के लिए बिल्कुल ही स्वीकार्य हैं जो इस समय आपके पास मौजूद समस्या के लिए स्वीकार्य है।

आपने हाथ में मुद्दों की पर्याप्त समझ की तुलना में अधिक प्रदर्शन किया है, और मैं विनम्रतापूर्वक प्रस्तुत करता हूं कि आप इस समय मेरे विवरण की तुलना में बेहतर अनुकूल हैं। तुम भी डिजाइन के बजाय अनुसंधान में लगे हुए लगते हो। यह मामला होने के नाते, मैं इस सलाह की पेशकश करूंगा - शोर की शर्तों की एक मजबूत समझ होना और समय के साथ बढ़ते तापमान से वे कैसे प्रभावित होते हैं, जॉनसन शोर के एक गैर-शून्य मूल्य पर निर्णय लें, जो वर्तमान में आपके काम के लिए स्वीकार्य है। और एक विनिर्देश के रूप में चारों ओर डिजाइन। कंडक्टर के आकार और प्रकार सेट करें, और यदि आवश्यक हो तो सक्रिय शीतलन पर विचार करें (बशर्ते, कि यह आपके शोध को बाधित या अमान्य नहीं करता है)।

Answer 3

जब आप अपने विवरण में सही होते हैं, मुझे लगता है कि आप पेड़ों के लिए जंगल से चूक गए हैं। 50 ओम लोड के साथ, आपको प्रतिरोधक प्रभावों के कारण केबल में नुकसान के बारे में चिंता करने की आवश्यकता नहीं है। कम से कम आरएफ माप के लिए नहीं।

अपने एन कनेक्टर उदाहरण पर विचार करें। एक प्रभावी कंडक्टर प्रतिरोध लगभग एक वोल्टेज ड्रॉप देगा

$$\Delta v = \frac{0.2}{50} = 0.4\text{%}$$ जो लगभग 48 डीबी नीचे है। इसे दूसरे तरीके से रखने के लिए, 10 यूवी सिग्नल नाममात्र -100 डीबीवी देगा, लेकिन एक 0.2 ओम कंडक्टर 9.96 यूवी, या -100.035 डीबीवी के भार पर एक सिग्नल का उत्पादन करेगा, और किसी तरह मुझे विश्वास है कि मुश्किल होगा एक समस्या।