Звездный четырехъядерный кабель
В электротехнике геометрию , звезда-четверка» — это четырехжильный кабель « электрический кабель , имеющий специальную четырехполюсную обеспечивающую магнитоустойчивость при использовании в симметричной линии . [1] Четыре проводника используются для передачи двух плеч симметричной линии. Все четыре проводника должны находиться на одинаковом расстоянии от общей точки (обычно центра кабеля). Четыре проводника расположены в виде четырехконечной звезды (образуя квадрат ). Противоположные точки звезды соединяются вместе на каждом конце кабеля, образуя каждую ветвь симметричной цепи.
В кабелях типа «звезда-четверка» часто используются заполняющие элементы для удержания центров проводников в симметричном четырехточечном расположении относительно оси кабеля. Все точки звезды должны лежать на одинаковом расстоянии от центра звезды. Когда противоположные точки соединяются вместе, они действуют так, как будто представляют собой один проводник, расположенный в центре звезды. Эта конфигурация помещает геометрический центр каждой из двух ветвей симметричной цепи в центр звезды. В магнитном поле обе ветви сбалансированной цепи кажутся расположенными точно в центре звезды. Это означает, что обе ветви симметричной схемы будут получать одинаковые помехи от магнитного поля и синфазный сигнал помех будет генерироваться . Этот сигнал синфазных помех будет отклонен симметричным приемником .
Магнитная устойчивость кабеля «звезда-четверка» зависит от точности геометрии звезды-четверки, точности балансировки импеданса и коэффициента подавления синфазного сигнала симметричного приемника. [2] Кабель «звезда-четверка» обычно обеспечивает снижение уровня шума на 10–30 дБ. [3] в магнитоиндуцированной интерференции. [4] [5] [6]
Преимущества
[ редактировать ]Когда кабель «звезда-четверка» используется для одной симметричной линии , например, в профессиональных аудиоприложениях и двухпроводной телефонии, два несмежных проводника подключаются вместе на обоих концах кабеля, а два других проводника также подключаются вместе. Помехи, улавливаемые кабелем, представляют собой практически идеальный синфазный сигнал, который легко устраняется с помощью связующего трансформатора или дифференциального усилителя . Сочетание преимуществ скручивания, дифференциальной передачи сигналов и квадрупольной диаграммы направленности обеспечивает исключительную помехоустойчивость, что особенно полезно для приложений с низким уровнем сигнала, таких как длинные микрофонные кабели, даже при прокладке очень близко к силовому кабелю. Это особенно выгодно по сравнению с витой парой, когда источники магнитного поля переменного тока находятся в непосредственной близости, например, сценический кабель, который может прилегать к линейному силовому трансформатору. [7]
Недостатки
[ редактировать ]Недостаток заключается в том, что четырехжильный кабель при объединении двух проводников обычно имеет большую емкость, чем аналогичный двухжильный скрученный и экранированный аудиокабель. Высокая емкость приводит к увеличению потерь высоких частот по мере увеличения расстояния. [8] [9] Потери на высоких частотах обусловлены RC-фильтром, образованным выходным сопротивлением драйвера кабеля и емкостью кабеля. В некоторых случаях увеличение искажений может произойти в драйвере кабеля, если ему трудно управлять кабелем с более высокой емкостью.
Емкость четырехжильного кабеля-четверки примерно равна емкости стандартного двухжильного кабеля, длина которого примерно в 1,5 раза больше. Повышенная емкость кабеля типа «звезда» обычно не является проблемой при коротких участках кабеля, но может стать проблемой при длинных кабелях. Например, кабель «звезда-четверка» длиной 8 м (25 футов) имеет емкость 150 пФ/м. [10] при общей емкости 1200 пФ по всей длине кабеля. При сопротивлении источника 150 Ом и емкости нагрузки 1200 пФ частотная характеристика этой RC-цепи составляет -0,02 дБ на частоте 20 кГц. Если бы длина кабеля была 80 м вместо 8 м, то частотная характеристика была бы -0,2 дБ при 20 кГц и -3 дБ при 88 кГц.
Другие применения четырехзвездного кабеля
[ редактировать ]Хотя приведенное выше обсуждение сосредоточено на предотвращении проникновения шума (например, в микрофонный кабель), та же четырехполюсная конфигурация звезда-четверка полезна для аудиокабеля динамика. [11] для электропроводки с разделенной фазой с разомкнутой звездой и даже для четырехпроводной линии электропередачи .
В этих случаях цель конфигурации звездного четырехугольника обратная. Геометрия звезды и четверки частично нейтрализует магнитные поля, создаваемые двумя парами проводников. Такое подавление снижает магнитное излучение кабеля. Для правильной работы кабель должен быть подключен так же, как в примере с микрофонным кабелем выше. Провода на противоположных сторонах звезды должны быть закорочены на каждом конце кабеля. Это означает, что для двухпроводной цепи необходимо четыре проводника. Более того, эта схема работает только в том случае, если по двум парам проводников протекают равные и противоположные токи.
Если также необходим заземляющий проводник, его необходимо добавить таким образом, чтобы он не мешал геометрии звезды и четверки. Его также следует добавить в геометрической конфигурации, которая подвергает заземляющий провод равным помехам от всех четырех проводников звезды и четверки. Наиболее распространенное решение — обернуть звездную четверку цилиндрическим заземляющим проводником.
Кабель «звезда-четверка» можно использовать для двух цепей, например, для четырехпроводной телефонии и других телекоммуникационных приложений, но в этом случае он не обеспечит магнитную устойчивость. В этой конфигурации каждая пара использует два несмежных проводника. Поскольку проводники всегда находятся на одинаковом расстоянии друг от друга, перекрестные помехи уменьшаются по сравнению с кабелями с двумя отдельными витыми парами . Каждый проводник одной пары имеет равную емкость с обоими проводами другой пары. Это устраняет емкостные перекрестные помехи между двумя парами. Геометрия также устраняет магнитные помехи между двумя парами.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ GB 1407 , Оливер Хевисайд, «Электрические проводники и т. д.», опубликовано 6 апреля 1880 г.
- ^ Важность микрофонного кабеля Star-Quad
- ^ Оценка характеристик и характеристик микрофонного кабеля
- ^ История Звездного Квадрата
- ^ Что особенного в кабеле Star-Quad?
- ^ Как работает Старквад
- ^ «Проект SynAudCon EMI» .
- ^ Лампен, Стивен Х. (2002). Карманное руководство для установщика аудио-/видеокабелей . МакГроу-Хилл. стр. 32, 110, 112. ISBN. 0071386211 .
- ^ Рэйберн, Рэй (2011). Книга Эргла о микрофонах: от моно к стерео и объемному звуку - Руководство по проектированию и применению микрофонов (3-е изд.). Фокальная пресса. стр. 164–166. ISBN 0240820754 .
- ^ «Технические характеристики кабеля звезда-четверка L-4E6AT» . canare.com . Канаре.
- ^ Технические характеристики акустического кабеля Canare 4S11 Star Quad