Est-il possible de rejeter le bruit voyageant à l'extérieur d'une ligne de transmission coaxiale?

Disons que j'ai un câble coaxial ordinaire entre un récepteur et une antenne. Ce câble coaxial aura trois courants:

1. le signal souhaité
2. un courant opposé exactement égal à l'intérieur du blindage (vraiment, aussi le signal souhaité)
3. bruit à l'extérieur du bouclier

Maintenant, s'il s'agissait d'une ligne de transmission équilibrée (pas coaxiale), je connecterais la paire de conducteurs à un amplificateur différentiel, qui rejetterait la tension de mode commun. Je serais sûr que l'impédance de chaque côté est égale, de sorte que les courants de mode commun ne créent que des tensions de mode commun, donc mon amplificateur différentiel à rejet de tension de mode commun rejette également efficacement les courants de mode commun.

Mais ce n'est qu'un câble coaxial ordinaire, avec un seul conducteur central. Les impédances du blindage et du conducteur central ne sont pas égales. Bien que le signal soit piégé à l'intérieur du câble coaxial par le blindage, puis-je maintenir cette séparation des courants lorsque le câble coaxial pénètre dans les circuits de mon récepteur? En d'autres termes, comment puis-je fournir une référence pour mes circuits de réception qui ne sont pas affectés par les courants de bruit (3)? Ou n'est-ce pas possible?

Notez que je ne pose pas de questions sur les alternatives au câble coaxial ou sur d'autres types de câbles coaxiaux avec plusieurs écrans, etc. Je ne suis pas non plus très préoccupé par les bruits non idéaux introduits dans le câble coaxial par un écran imparfait, etc. la situation préoccupante serait que j'ai une antenne connectée à un récepteur par un câble coaxial et que je souhaite recevoir le signal de l'antenne, mais pas le signal du blindage coaxial (qui peut également faire une très bonne antenne unipolaire).

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Dans certaines applications où la pureté du signal est critique, un câble coaxial à double blindage (ou même triple) est utilisé. Le blindage intérieur transporte le même signal que le conducteur central. Cela réduit considérablement la capacité et le blindage extérieur est mis à la terre. Essentiellement, cela fournit un signal différentiel à un point unique au niveau du récepteur avec une réjection de bruit en mode commun élevée. Le ou les écrans supplémentaires aident également à réduire considérablement le bruit rayonné.

Dans un système à blindage unique, le bruit sur le blindage est supprimé par les filtres EMI. Parfois, il s'agit simplement de billes de ferrite en série avec les motifs ou les selfs de mode commun. Cela dépend de la fréquence d'intérêt et du type de bruit quelle est la meilleure solution. N'oubliez pas que vous n'avez qu'à dépenser de l'argent et du temps à vous soucier de filtrer les fréquences qui pourraient endommager votre système.

Voici quelques bonnes illustrations de murata . Et une discussion de Stormcable sur les sources / types de bruit coaxial blindé ainsi que les différentes solutions de blindage coaxial.

EDIT: J'ai un peu de temps pour clarifier le fonctionnement d'un système coaxial multi-blindé. Tout d'abord, je dois souligner que vous devez comprendre votre EMI et comment votre conception y est sensible. Souvent, cela ne peut être fait qu'en testant la conception réelle car les chemins de couplage et les performances des composants sont impossibles à modéliser complètement. Donc, dans le processus de recherche de solutions, je vous donne une réponse large à une question large.

Le signal central bénéficie d'un filtrage du bruit en mode commun et en mode non commun en raison des multiples blindages extérieurs. Quiconque a travaillé avec du câble coaxial sait qu'ils ne sont pas des boucliers parfaits et qu'ils fuient toujours. La solution multi-boucliers offre un bon équilibre entre le rejet EMI en mode commun et en mode non commun (à condition qu'ils soient correctement terminés pour l'application). L'ajout de la réception différentielle fournit un filtrage en mode plus commun avec une perte d'un peu de rejet en mode non commun sur lequel Andy Aka pose une question.

Alors, comment la combinaison d'une version plus bruyante du signal avec une version plus propre aide-t-elle? Ce serait un cas de bruit de mode non commun. Dans un système multi-blindé, le bruit en mode non commun est beaucoup moins dû au blindage supplémentaire. Donc, le bruit Andy est curieux de moins de problème. Cependant, si votre système est hyper sensible à ce brouilleur de mode non commun, l'utilisation du signal différentiel aggravera les choses. Il serait préférable dans ce cas d'utiliser le signal non différentiel référencé à une version filtrée du signal de masse externe, et de simplement mettre le signal blindé interne à une charge terminée qui correspond étroitement à la charge d'impédance du conducteur central. Cela suppose que votre conception ne bénéficierait pas davantage de la réjection de bruit en mode commun supplémentaire.

La réduction de bruit supplémentaire en utilisant le signal différentiel auquel je fais référence dans les commentaires est la réjection du bruit en mode commun. Le conducteur central et le blindage intérieur peuvent agir comme une ligne équilibrée. Les lignes ont une impédance similaire à la terre (idéalement, elles seraient les mêmes, mais c'est difficile à faire dans un système coaxial), de sorte que les champs ou courants perturbateurs induisent la même tension dans les deux fils. Étant donné que le récepteur ne répond qu'à la différence entre les fils, il n'est pas influencé par la tension de bruit induite.

EMI est un sujet complexe et Internet a beaucoup d'opinions bruyantes. Pour plus de détails sur le bruit et leurs effets et leur filtrage, les deux liens que j'ai fournis sont d'excellentes ressources basées sur un véritable dépannage EMI.

EDIT # 2 (Voici une réponse plus spécifique après la discussion de discussion avec Phil): Dans cette application analogique de faible puissance, Phil indique qu'il a un ADC de 50 MHz à 7 MHz à 30 MHz avec une plage dynamique de -55 dBm à -110 dBm avec une valeur non spécifiée filtre passe-bas le précédant. Lorsqu'il exécute une FFT, il voit des sources de bruit provenant d'une direction qui est au point nul de son antenne. L'hypothèse est que cela doit être capté par le câble coaxial, mais ils peuvent également provenir d'autres sources internes à la conception ou externes, y compris l'antenne elle-même, car ils recevront des signaux même dans des zones nulles. Ainsi, à ce stade, sa préoccupation concerne strictement les sources de bruit dans la bande. Il doit trouver la source de ceux-ci méthodiquement:

1. Remplacez l'antenne par une charge blindée de 50 ohms. Notez les niveaux parasites.
2. Débranchez le câble et mettez une charge blindée de 50 ohms sur l'ADC. Notez les niveaux parasites.
3. Remettez le câble sous une charge de 50 ohms sur le site de l'antenne. Ajoutez de la ferrite à l'extrémité RX qui présente les caractéristiques du matériau 31 pour cette bande de fréquences. Continuez à ajouter (parfois 5 ou 6 peuvent être nécessaires) jusqu'à ce que vous voyiez les niveaux se rapprocher de ce que vous avez mesuré dans # 2.
4. Connectez l'antenne. Notez l'augmentation des niveaux, c'est ce que vos filtres récepteurs (numériques dans ce cas) devront rejeter.

Faites attention à votre plage dynamique. Si un seul signal est supérieur à -55 dBm, il pourrait générer ce qui ressemble à du bruit parasite à d'autres fréquences mélangées par les amplificateurs AGC lorsque vous essayez d'amplifier un signal plus petit.

Si le numéro 2 révèle un bruit élevé inacceptable, cette source de bruit doit être isolée. Il peut s'agir d'une alimentation électrique, d'une source de bruit interne au PCB ou d'être capté à l'intérieur de la pièce. Le blindage, les feuilles de ferrite souple et les billes de ferrite peuvent être une solution ici selon la source.

Si # 3 ne montre pas d'amélioration, essayez de changer la position des ferrites le long du câble.

Des billes de ferrite peuvent également être conçues dans le PCB pour séparer les masses du câble coaxial et du PCB à la fréquence d'intérêt. Cela entraînera une légère perte de puissance due à une réflexion dans la bande passante, mais la réduction du bruit compensera largement la perte de puissance. Le lien Muratta fourni ci-dessus a beaucoup de discussions sur l'utilisation des ferrites PCB pour la suppression du bruit.

Parfois, comme une expérience rapide, j'insère un canon coaxial spécialement conçu qui rompt la connexion à la terre dans le bouclier. Il ne s'agit que de 2 connecteurs coaxiaux femelles avec la broche centrale soudée ensemble. Vous obtiendrez une perte de puissance et des fuites, mais cela devrait rapidement vous dire si le chemin du bouclier est un problème ou non.

Une note sur la mesure dans cette bande. Il y a beaucoup de sources de bruit transitoires qui vont et viennent. Pour éviter de vous arracher les cheveux pendant le test, utilisez une fonction MAX HOLD pour votre FFT. Exécutez cette attente maximale FFT pendant 20 à 30 secondes, en notant où les transitoires se produisent et combien de temps vous devez exécuter la retenue maximale pour vous assurer que vous voyez tout. Essayez d'exécuter les tests aussi rapidement que possible dos à dos afin que la source de bruit n'ait pas le temps de s'éteindre et de confondre vos résultats. N'oubliez pas que ces transitoires vont changer dans le temps, la fréquence et la puissance, alors surveillez-les attentivement pour comprendre leur source.

Les FFTS sont limités dans la résolution en fonction de la bande passante d'entrée et de la fréquence d'échantillonnage. Deux éperons différents qui sont proches l'un de l'autre et de différentes sources peuvent ressembler à un signal. Parfois, plusieurs transitoires sur la même fréquence peuvent être difficiles à isoler - vous pouvez avoir un bruit interne à 8 MHz à -55 dBm et un transitoire rayonné réparti sur le dessus à -60 dBm. Vous pourriez éliminer la source rayonnée avec une ferrite et vous demander pourquoi il y a encore un bruit de 8 MHz et penser que la ferrite n'a pas fonctionné. C'est une entreprise délicate qui prend du temps.

Une autre note sur cette configuration à l'aide d'une FFT. Puisqu'il n'y a qu'un seul filtre passe-bas physique en place, vous ne pouvez pas utiliser la FFT pour zoomer sur un éperon de 10 MHz à -90 dBm alors que vous avez d'autres éperons / signaux plus forts, disons à 23 MHz. Vous violerez probablement la plage dynamique de l'ADC et générerez un faux bruit parasite. Les analyseurs de spectre ont une variété de filtres commutés pour éviter que cela ne se produise de sorte que ce que vous voyez à l'écran soit la plage dynamique de la mesure.