在电子和通信系统中,信号调节——即操纵模拟信号以满足下一阶段要求的过程——是不可或缺的。 无论你处理的是传感器输出、无线电频率链(RF)还是高速数字数据,在调整之后信号的完整性决定了系统的整体准确性和可靠性。 不幸的是,没有调制过程是无损失的。 信号丢失(通常用分贝(dB)来衡量)可以降低信号与噪音的比例,扭曲波形,并损害系统性能。 理解信号丢失的根源和实施减轻信号损失的战略对工程师和技术员至关重要。

调节过程中的信号损失可能来自材料属性、电路设计选择和环境因素的结合。 尽管某些损失是不可避免的,但仔细选择组件、注意阻滞匹配和坚固的屏蔽可以显著降低降解。 本条探索了信号损失的主要来源,提供了通过调节过程保持信号质量的可操作技术。

理解信号损失

信号损失是指信号通过介质或经过调节而传播时振幅或功率的下降,通常以分贝(dB)表示,作为输出与输入功率的比值。 损失可以大致分为导电损失、电离损失、辐射损失和错配损失。

导动损失

导电损失是由于导电器在电缆、连接器和电路痕迹中的阻力造成的。随着电流的流,一些能量随着热量的流散而消失。这种损失随着皮肤效应而增加,而皮肤效应迫使电流在导电器表面附近流动,从而有效地增加了阻力。例如,10米的RG-58同轴电缆可以在1GHz时显示2dB以上的损耗。

电源损失

电离损失源于导体周围的绝缘材料。当交替电场通过电离时,分子会发生极化和重定向,将一些能量转化为热量。像PTFE(Teflon)这样的材料的电离损失较低,而PVC更不适合高频应用。损失的切值(tan ) 将这一属性量化。

放射性损失

当信号由于屏蔽不良或不连续而逃出预定路径时,就会发生辐射损失。 无法遮蔽的电缆或不当终止的传输线可能起到意外天线的作用,向环境中排放能量,这不仅会降低接收器的信号强度,而且会干扰附近的电子设备。

错配损失

当源、传输线和负载之间出现阻力差时,就会出现误差。一部分信号会反射到源头,产生站立波,并减少给负载的功率。反射系数(常数)和电压常波比(VSWR)是关键指标。例如,一个 2:1 VSWR 相当于大约0.5 dB的错配损失。

尽量减少信号损失的战略

使用高品质电缆和连接器

投资具有适当屏蔽的溢价电缆可以减少电磁干扰,并尽量减少导电和电离损失。对于RF应用,更倾向于低损耗二电的同轴电缆(如LMR-400,Belden 9913)。确保连接器是精确制造的,并按频率范围进行评级。有腐蚀或不匹配的连接器可以引入损耗和反射。定期检查连接器的磨损,并使用扭矩来实现指定的紧度。

匹配障碍

阻塞匹配是减少调制过程中信号丢失的最有效方法之一。 设计所有组件—— 源、 传输线和负载—— 具有相同的特性阻塞( 共50 或 75 个调制。 当它们为 阻塞, 使用 阻塞 匹配 网络, 如 Lcompe 、 QQ 或 变压器 的 baruns 。 对于数字系统, 阻塞 粘塞 跟踪至关重要。 诸如 矢量 网络 粘附 器 等 的 帮助 校验 质量 。

实际障碍匹配技术

  • 支线调音:[] 增加短或开的传输线支线取消反射.
  • 季度波变压器:[] 使用长度XQ/4的传输线变换阻力.
  • 巴仑斯:[在平衡和不平衡的线条之间转换,同时保持阻力.
  • 抵抗垫:[] 通过添加抵抗剂来延长不匹配(小心:引入损失).

实施适当的地面和防护

有效的地面和屏蔽保护信号不受外部电磁干扰,并防止信号泄漏。 使用恒星地面地形来避免地面环路, 从而引入发声和噪音。 屏蔽封隔应该用铜或铝等导体材料制成, 并妥善地与地面连接。 对于电缆, 选择有编织和软盾的种类, 并结合进行最大覆盖。 在高发环境中, 考虑发烧珠或常见的发烧方式, 以压制高发频噪音 。

确定最佳做法的基础

  • 单点搁浅:[ 路线所有地面返回到一个共同的参考点,以避免流流传.
  • 绕组飞机: 在多氯联苯中使用连续地面飞机提供低减阻返航路径。
  • 隔离: 使用光学隔离器,隔离变压器,或差分信号来断开地面环路.

信号条件特定考虑

放大和中继器

当由于长电缆运行造成的信号损失是不可避免的时,像放大器或中继器这样的主动调节设备可以恢复信号水平。但是,放大器的噪声数字也必须低一些,以避免信号对噪声比的过度降解。选择与应用相适应的增殖器;过度的放大会导致扭曲或饱和。在数字系统中,信号再生器(增殖器)重现和重塑脉冲,消除颤抖和振幅损失。

过滤和等同

滤镜可以去除不想要的、导致噪音的频率组件,但也引入了插入损失。高QQ滤镜具有尖锐的滚动性,但对组件容限可能更敏感。均衡器(例如,在视频或RF系统中)通过提升频率来补偿频率依赖性损失。使用具有低扭曲度的主动均衡器来取得最佳效果。

环境和安装因素

电缆长度和路线

保持电缆运行尽可能短。 每英尺电缆都增加了损失, 特别是在更高的频率。 当需要长跑时, 请规划路由以避免靠近电线、 电动机或其他噪音源。 避免尖锐弯曲, 从而破坏电缆几何并造成阻断断。 使用电缆支持来防止下行和压力 。

定期测试和维修

定期测试系统组件, 以显示磨损、 腐蚀或损坏。 使用时间的线条反射计( TDR) 来定位障碍断层或电缆断层。 用网络分析器扫描电缆, 以测量操作频率范围内的插入损失和返回损失。 在电缆和连接器退化性能之前替换老化的电缆和连接器 。

高级操作系统高级技术

区别信号

差异信号(如LVDS,RS ⁇ 485)使用两条互补线来携带信号. 常见的 ⁇ 模噪音在接收器上被拒绝,降低了干扰的影响. 这一技术被广泛应用于高速数字和音频系统中,以维持信号在更长距离上的完整.

活动电缆

主动电缆在电缆组装本身内融合了均匀或放大,例如铜主动光学电缆(AOCs)将电信号转换为光学和回光,实现远低于被动铜的损失,这对数据中心的互联和高分辨率视频是有利的。

适应性条件

一些现代的调制系统基于实时信号测量自动调整参数(gain,equality,filtering). 适应算法可以补偿电缆老化或温度漂移等可变条件,保持一致的信号质量.

结论

将空调过程中的信号损失降到最低是一个多方面的挑战,需要注意组件质量、阻滞匹配、屏蔽和安装做法。通过了解损失背后的物理机制——导电、电离、辐射和不匹配——工程师可以通过部署从设计中作出知情的选择。高质量的电缆和连接器、适当的阻滞匹配、稳健的地面和周密的主动调节装置的使用构成了低损耗信号链的基础。定期测试和采用诸如差分信号或适应性调节等先进技术可进一步提高可靠性。最后,对信号完整性采取有条理的方法可确保调节过程保持信号的忠实性和强度,从而能够进行准确的测量、清晰的通信和稳健的系统性能。

进一步阅读时,请参考RF系统和铺设和屏蔽技术[的便利匹配的行业资源。 制造商的电缆和连接器应用说明也提供了具体的损失数据和安装最佳做法。