작은 신호를 전달하기 위해 항상 더 큰 직경의 도체를 사용하는 것이 합리적입니까?

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원래 쓰여진이 질문은 약간 미쳤다고 들었습니다. 그것은 원래 동료에게 농담으로 부탁 받았습니다. 나는 실험적인 NMR 물리학 자입니다. 나는 종종 약 100-300 MHz에서 작은 AC 전압 (~ µV)을 측정하고 가능한 한 가장 작은 전류를 끌어내는 물리적 실험을 수행하려고합니다. 공진 공동 및 임피던스 정합 (50Ω) 동축 도체를 사용하여이 작업을 수행합니다. 우리는 때때로 샘플을 kW의 RF로 폭파하기를 원하기 때문에, 이러한 도체는 종종 고품질 N 형 커넥터와 관심있는 주파수에서 낮은 삽입 손실이있는 10mm 직경의 동축 케이블로 상당히 "비프"합니다.

그러나 아래에서 설명 할 이유 때문에이 질문에 관심이있는 것 같습니다. 최신 동축 도체 어셈블리의 DC 저항은 ~ 1 Ω / km 단위로 측정되는 경우가 많으며 일반적으로 사용하는 케이블 2m에 대해서는 무시할 수 있습니다. 그러나 300MHz에서 케이블의 스킨 깊이 는

δ = \sqrt{\frac{2 ρ}{ω μ}}

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

약 4 미크론의. 내 동축의 중심이 단선이라고 가정하고 (따라서 근접 효과를 무시 함) 총 AC 저항은 효과적으로

R_{AC} \approx \frac{L ρ}{π D δ},

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

여기서 D는 케이블의 총 직경입니다. 내 시스템의 경우 약 0.2Ω입니다. 그러나 다른 모든 것을 일정하게 유지하면이 순진한 근사치는 AC 손실이 1 / D로 스케일됨을 의미하며, 이는 가능한 한 큰 도체를 원할 것임을 암시합니다.

그러나 위의 논의는 소음을 완전히 무시합니다. 나는 고려해야 할 최소한 세 가지 주요 잡음원이 있음을 이해한다. 우주의 다른 곳에서, 그리고 (3) 기본 소스에서 발생하는 샷 노이즈와 1 / f 노이즈. 이 세 가지 소스의 상호 작용 (그리고 내가 놓쳤을 수도있는)이 어떻게 위의 결론을 어떻게 바꿀지 확신 할 수 없습니다.

특히 예상되는 Johnson 노이즈 전압에 대한 표현은

v_{n} = \sqrt{4 k_{B} T R Δ f},

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

본질적으로 도체의 질량과는 독립적이며, 이것은 순전히 이상하다고 생각합니다. 실제 물질의 더 큰 열 질량은 (적어도 일시적으로) 유도 된 노이즈 전류에 대한 더 많은 기회를 제공 할 것으로 기대할 수 있습니다. 또한, 가진 모든 것을 내가 작업은 RF 차폐,하지만 난 도움이되지 수 있지만, 차폐 (룸의 나머지) 300 K의 흑체로 방출 ... 따라서 방출 것이라고 생각 일부 는 그렇지 않은 것을 RF를 중지하도록 설계되었습니다.

어느 시점에서 , 내 직감은 이러한 소음 과정이 사용되는 도체의 직경을 무의미하게 또는 무해하게 사용하도록 공모한다는 것입니다. 순진하게도 이것이 사실이라고 생각 하거나 실험실은 민감한 실험에 사용하기 위해 절대적으로 거대한 케이블 로 채워질 것 입니다. 내가 맞아?

무엇 이다 최적 교류 주파수 (f)에 일부 작은 크기 (V)의 전위차로 이루어진 정보를 반송 할 때 사용하는 동축 도체 직경? 이 문제가 완전히 의미가 없다는 (GaAs FET) 프리 앰프의 한계로 인해 모든 것이 지배적입니까?

— 란닥
소스

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IR 영역에서 블랭크 금속의 방출 계수는 매우 낮습니다 (하늘에서 금속을 가리켜 IR 온도계로 미러로 사용하고 -40 ° C를 측정 할 수 있음). (약 30 THz입니다). 질량이 저항에 영향을 미치며 질량이 증가하면 저항이 더 작아 질 수 있기 때문에 열 질량이 효과적으로 처리되는지 궁금합니다. (물리학에 더 좋을까요? SE?)

— Arsenal

LNA / 프리 앰프에 관해서는 그렇습니다. 저잡음의 좋은 앰프가 무거운 물건을 들어 올리고 손실을 보상하게하므로 추가적인 잡음은 매우 적으며 결과는 없습니다. 흥미로운 질문

— johnnymopo

와이어의 원주가 공진 크기에 접근함에 따라 임피던스를 고려하는 것도 흥미

— 롭습니다.

흑체 방사선과 관련하여 케이블의 절연은 아마도 계산하지 않은 kW 전력 (60+ dBm)에서 훨씬 더 많은 전력을 누설합니다. 더 저렴한 케이블은 아마도 30dB이고 실제로는 90dB 절연입니다.

— johnnymopo

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당신은 당신이 언급 한 모든 것에 실질적으로 정확합니다. 케이블이 클수록 손실이 적습니다.

두 영역에서 낮은 손실이 중요합니다

1) 소음

피더의 감쇠는 온도에 해당하는 Johnson 노이즈를 신호에 추가하는 것입니다. 길이가 거의 0 인 피더는 감쇠가 거의없고 노이즈 수치가 거의 없습니다.

최대 1 미터 또는 수 (주파수에 따라 다름)에서 일반적인 케이블의 노이즈 수치는 사용중인 입력 증폭기의 노이즈 수치, 연필 직경의 케이블 ( 실제로는 얇은 케이블, mm조차도, 그리고 당신은 미터 길이에 대해 걱정해야합니다).

지붕에서 실험실로 신호를 보내려면 실행 가능한 케이블이 너무 잃어 버리고 비정상적으로 두꺼운 케이블도 손실되므로 솔루션은 거의 항상 안테나 바로 뒤에있는 지붕의 LNA입니다.

그렇기 때문에 실험실에서 뚱뚱한 케이블을 보지 못하는 경향이 있습니다. 짧은 홉에는 필요하지 않으며 긴 드래그에는 충분하지 않습니다.

b) 고출력 처리

송신기 스테이션에서는 건물에 앰프가 있고 안테나는 '어딘가에'있습니다. 앰프를 ' 어떻게 '배치하는 것도 일반적으로 옵션이 아니므로 여기서는 변조하지 않고 TEM을 유지해야하는 지방 케이블을 가능한 한 지방이 있습니다. 이는 26GHz의 경우 <3.5mm, 260MHz의 경우 <350mm입니다.

$\Omega$ $\Omega$

— Neil_UK
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이 특정 스택에 답변을 게시하는 대부분의 사람들에게 최적의 케이블 크기에 대한 답변은 일반적으로 경제성, 서비스 수명, 사용 편의성 등과 관련이 있습니다. 각 개별 문제에는 고유 한 정의 매개 변수 세트가 있으며,이 매개 변수는 충족하거나 초과하는 스펙을 작성하는 데 사용됩니다.

조기 최적화는 실제 문제이므로이 단계는 중요한 단계입니다. 나는 항상 사실 인 전자 디자인에 대해 몇 가지를 절대적으로 보장 할 수 있습니다. 더 큰 직경의 케이블은 향상된 전도성으로 인해 열 낭비가 적고, 더 높은 전압은 단위 전류 당 더 많은 전력이 전송되도록하며, 더 큰 배터리는 더 많은 용량을 갖습니다. 그러나 솔루션은 실제로 문제에 맞아야합니다. 따라서 사양을 사용하여 현재 발생하는 특정 문제에 맞는 것을 정확히 선택하는 경우가 자주 있습니다.

귀하는 당면한 문제에 대해 충분히 이해하고 있음을 보여 주셨으며, 현재보다 세부 사항에 더 적합 할 것임을 겸손히 제출합니다. 또한 디자인보다는 연구에 종사하는 것 같습니다. 이 경우, 나는 다음과 같은 조언을 제공 할 것입니다. 소음 조건과 시간이 지남에 따라 온도가 상승함에 따라 영향을받는 방식을 이해하고 현재 업무에 허용되는 0이 아닌 Johnson 소음 값을 결정합니다. 그 주위를 사양으로 디자인하십시오. 도체 크기 및 유형을 설정하고 필요한 경우 능동 냉각을 고려하십시오 (물론 연구를 방해하거나 무효화하지 않는 경우).

— 숀 바디
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당신이 당신의 세부 사항에 정확하지만, 나는 당신이 나무의 숲을 놓친 것으로 생각합니다. 50ohm 부하를 사용하면 저항 효과로 인한 케이블 손실에 대해 걱정할 필요가 없습니다. RF 측정에는 적합하지 않습니다.

N 커넥터 예를 고려하십시오. 효과적인 도체 저항은 대략적인 전압 강하를 줄 것입니다

Δ V = \frac{0.2}{50} = 0.4 %

$\Delta v = \frac{0.2}{50} = 0.4\text{%}$ 약 48dB 감소합니다. 달리 말하면, 10 uV 신호는 공칭 -100 dBV를 제공하지만 0.2 ohm 도체는 9.96 uV 또는 -100.035 dBV의 부하에서 신호를 생성하며 어쨌든 나는 믿기 어려운 어려움을 겪습니다. 문제.

— WhatRoughBeast
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