Comment les câbles coaxiaux asymétriques sont-ils utilisés pour diffuser des signaux TV sans aucun problème?

Pour autant que je sache, en téléphonie, des câbles STP ou à paire torsadée sont utilisés. Cela crée des impédances de ligne équilibrées qui sont utiles pour atténuer les interférences liées au mode commun.

Il est donc essentiel d'utiliser des câbles symétriques en téléphonie et en audio pour se débarrasser de toute interférence EM ou RF.

D'autre part, dans la radiodiffusion télévisuelle ou de nombreux systèmes RF, des câbles coaxiaux sont utilisés. Et la plupart des câbles coaxiaux que j'ai vus ne sont pas équilibrés. Je peux voir que le concept de 50 Ohms est bon pour se débarrasser des réflexions dans la théorie des lignes de transmission. Mais comment se fait-il que le déséquilibre des câbles coaxiaux ne pose aucun problème avec les problèmes d'équilibrage d'impédance?

Mais comment se fait-il que le déséquilibre des câbles coaxiaux n'ait aucun problème dans les problèmes d'équilibrage d'impédance?

La belle chose à propos du câble coaxial est que le blindage shunte la plupart des interférences du champ électrique externe à la terre et que le fil intérieur n'est pratiquement pas affecté. Pour une interférence de champ magnétique externe, une chose subtile se produit; le courant qui circule dans le blindage en raison de la présence du champ crée une chute de volt le long du blindage et, en raison d'un couplage proche de 1: 1 entre le blindage et l'intérieur, cette chute de volt identique est présente sur le noyau interne.

Donc, à condition que vous utilisiez un récepteur différentiel et que l'extrémité émettrice ait un peu raisonnablement les mêmes impédances à la terre sur le blindage et l'intérieur, le récepteur différentiel peut rejeter l'interférence de mode commun.

Si vous faites le calcul sur les champs externes produits par un signal régulier envoyé vers le bas d'un câble coaxial et que vous analysez les champs des courants d'émission et de retour individuellement, vous constatez qu'à tous les points en dehors du bouclier, les champs magnétiques opposés s'annulent exactement à zéro. Il n'y a pas de champ magnétique à l'extérieur d'un câble coaxial à partir d'un signal coaxial régulier.

L'impact est que le champ magnétique du signal n'est produit que dans l'espace entre le bouclier intérieur et extérieur. Une conséquence de cela est que le blindage doit donc avoir une inductance nulle. En effet, le champ magnétique extérieur est nul (aka induction nulle) et le champ magnétique interne du signal n'a aucun effet sur un conducteur tubulaire (aka blindage), par conséquent, le bouclier se comporte comme un boîtier de masse infiniment épais entourant l'intérieur.

Cela peut être un peu difficile à avaler mais si vous revenez aux théories des champs magnétiques associés à un flux tubulaire de courant, un champ externe est produit mais pas de champ interne. L'inverse est entièrement vrai; un champ magnétique à l'intérieur d'un tube n'induit aucune tension le long du tube ET, étant donné qu'il n'y a pas de champ externe, le blindage a une inductance nulle.

Le résultat de toutes mes randonnées est qu'il fonctionne malgré un régime d'impédance considérablement déséquilibré entre le bouclier intérieur et extérieur. Ce n'est pas si facile de voir immédiatement que je vous l'accorde alors j'espère que je lui ai rendu justice.

Andy parle du fonctionnement du coaxial en général, mais un autre point est que la vidéo n'a généralement pas les mêmes exigences SNR que l'audio pour commencer. Les données avec 8 à 10 bits par canal couleur fournissent de très bonnes images, ce qui représente un SNR de seulement 50 à 60 dB.

En revanche, pour être considéré comme "qualité CD", l'audio doit avoir au moins 16 bits de résolution, ce qui équivaut à un SNR de près de 100 dB.

La téléphonie est un cas particulier. Bien qu'il ne nécessite pas beaucoup de bande passante, il nécessite une plage dynamique équivalente à 13-14 bits. (Mais le codage utilisé réduit le SNR à environ 7 bits). UTP (paire torsadée non blindée) n'est utilisé que parce qu'il est si bon marché à fabriquer et qu'il en faut beaucoup.

La principale différence technique réside dans la façon dont ils rejettent les interférences. La paire torsadée repose sur les interférences affectant les deux fils de manière égale, générant un bruit de mode commun qui est facilement rejeté par le récepteur différentiel. Cela fonctionne bien pour les interférences magnétiques jusqu'aux très basses fréquences.

Le câble coaxial repose sur les interférences magnétiques induisant des courants opposés dans le blindage qui annulent le champ magnétique à l'intérieur. La pénétration du champ magnétique dans le câble est limitée par l' effet de peau . Cela fonctionne bien aux fréquences RF, mais peu à inutile aux fréquences audio et aux lignes électriques. À 50 Hz, la profondeur de la peau est d'environ 9 mm, de sorte que les interférences traversent le bouclier.

Donc, ce qui dépend le mieux dépend en grande partie des fréquences impliquées et du type d'interférence qui peut être présent, mais ce n'est pas la seule raison de choisir l'une plutôt que l'autre.

Les lignes téléphoniques analogiques doivent souvent passer près des lignes électriques sur de longues distances tout en transportant des signaux audio de niveau assez bas. L'oreille humaine est assez sensible aux harmoniques des lignes électriques que le câble coaxial ne pourrait pas rejeter. Le câble coaxial est également plus volumineux et plus cher, ce qui est très important lorsque vous devez en parcourir des milliers sur plusieurs kilomètres. Imaginez cela , mais avec 1800 câbles coaxiaux individuels regroupés ...

La paire torsadée peut également bien fonctionner à des fréquences plus élevées, mais les dimensions du câble peuvent être gênantes. Les téléviseurs utilisaient autrefois un câble ruban de 300 Ω, qui a en fait une perte plus faible que le câble coaxial standard aux fréquences VHF. Mais il était ennuyeux à utiliser car il devait être tenu à l'écart du toit en métal, etc., était sujet aux dommages causés par les intempéries, et un balun était nécessaire pour se convertir à 75 Ω déséquilibré au niveau du récepteur.

À des fréquences plus élevées, le câble coaxial a l'avantage d'une perte plus faible et d'une bande passante plus large dans un câble robuste avec un excellent blindage, et le signal asymétrique est plus facile à interfacer. Les câbles sont généralement courts, donc le coût n'est pas vraiment un problème - sauf pour le CATV, mais (contrairement aux téléphones), chaque abonné n'a pas besoin de son propre circuit, donc un seul câble peut desservir des milliers de téléspectateurs (le CATV moderne est principalement en fibre optique optique, donc les câbles coaxiaux sont beaucoup plus courts).

Les câbles coaxiaux sont couramment utilisés en audio pour se connecter entre les composants et l'équipement interne, bien qu'ils ne soient pas très efficaces contre les interférences magnétiques à basse fréquence. Cependant, les impédances du circuit se situent généralement dans la plage de 1 k à 1 M, de sorte que les interférences magnétiques (qui génèrent un courant élevé mais une basse tension) sont moins problématiques. Le câble coaxial protège toujours contre les champs électriques (qui ont plus d'effet à une impédance plus élevée) et les interférences RF de tous types. Les signaux audio de bas niveau peuvent nécessiter une meilleure protection, puis une paire torsadée blindée est souvent utilisée. Ceci combine les avantages des deux types de câbles.

Je peux voir que le concept de 50 Ohms est bon pour se débarrasser des réflexions dans la théorie des lignes de transmission. Mais comment se fait-il que le déséquilibre des câbles coaxiaux ne pose aucun problème avec les problèmes d'équilibrage d'impédance?

L'équilibrage ou le déséquilibre ne fait aucune différence pour l'adaptation d'impédance, et une adaptation précise n'est pas toujours requise de toute façon. Si la longueur du câble est beaucoup plus courte que les longueurs d'onde du signal, les réflexions ne sont pas un problème dans la plupart des applications. Personne ne se soucie de l'impédance coaxiale dans les applications audio, et même la vidéo composite (avec une bande passante de ~ 6 MHz) n'est pas visiblement affectée par des câbles inégalés dans les câbles d'équipement.

Une raison complètement distincte que le coaxial est préféré pour la télévision est la réponse en fréquence.

Les pertes associées à la paire torsadée augmentent rapidement avec la fréquence, au point que les modems DSL peinent à utiliser même la bande passante de 10 MHz la plus faible sur les boucles d'abonné de téléphonie analogique. Pour la même raison, Ethernet haut débit ( 1G , 10G et plus) sur paire torsadée est limité à des longueurs de liaison physique très courtes (100 m au plus) - et nécessite beaucoup de technologie moderne pour y arriver.

Le coaxial, d'autre part, a (et a toujours eu) des pertes raisonnablement faibles aux fréquences VHF et UHF requises pour la télévision (10 s de MHz à 1 GHz).

Dans une vue simpliste:

Les câbles coaxiaux enroulent la vue de la terre plate de manière à ce qu'elle présente une forte symétrie et aucun «extérieur» (auparavant le «ci-dessous»).

Plus la profondeur de la peau dans les câbles signifie que l'extérieur de la gaine est efficacement isolé (aux fréquences plus élevées) de l'intérieur de la gaine qui interagit avec le noyau.

Cela dit, les câbles équilibrés sont très avantageux lorsqu'ils sont correctement utilisés. Notez que ce sont les impédances au point commun qui sont équilibrées, pas les «tensions» (qui ont une référence arbitraire car ce sont toujours des différences de potentiel). Les systèmes équilibrés agissent comme des ponts de Wheatstone où rien ne coule dans le bras réticulé.