同軸電纜的屏蔽原理

2013-12-22 1:11 am
為什麼同軸電纜擁有屏蔽的效果?
是不是因為他用金屬導體包住內部電線的關係?
但是,如果是這樣,依照金屬的屏蔽效應,即使內部電線不在電線的圓心,
外部的金屬依然能屏蔽它,使他不受外部的電磁波影響啊。
那"同軸"就沒有意義了,改名叫屏蔽電纜不就好了。

後來我聽說要"同軸"是因為工作原理如下:
電源由內部電線輸出電流,流過附載後,經外部導體回到電源
(一條電纜的完成一個迴路)

是這樣嗎?
如果外部導體是會有電流的,那保護內部電線的就不是金屬的屏蔽效應了
也就是說我聽到的這兩的理論一定有一個錯,或是兩個都不是實際上的原因。

雖然考試不會考,但我真的想知道原因,敢請各位大大作解答。

P.S如果回答是像下述:
「因為同軸電纜之斷面為同心圓,其構造在電磁訊號傳輸上具屏蔽作用,較不易受外界雜訊干擾。」
這句話是沒有解答我的問題的,我想知道的是原因,不是把結果再說一次。
更新1:

那根據煙火大大說法,我的理解是: 訊號送入負載,然後從外層接地的金屬皮流入地 這樣的理解是對的嗎? 如果是的話,那電纜1A流入也是1A流出 所以外層的金屬皮是有電流的 這樣的不會影響金屬的屏蔽效應嗎? 因為金屬的屏蔽效應靠的就是靜電,現在電"動"了, 那能阻擋電磁波的屏蔽效應也就不覆存在了不是嗎?

更新2:

P.S關於阿明大大在002有說: 同軸電纜的隔離雜訊干擾只是它的功能之一,重要是能把高頻輸送 我想問:為什麼同軸電纜能有傳輸高頻訊號的優點呢?

更新3:

根據阿明大大在意見003所說的:銅不能阻隔交流磁場 這點我明白了,但如果把交流磁場換成電磁波呢? 因為電磁波的電場於磁場是相生的,所以當我截掉電場時,磁場也一起消失了 就像手機在電梯裡的收訊能力會變差,所以說屏蔽效應可以阻隔電磁波 但我現在不明白的是:既然載流的金屬無屏蔽效應,那同軸電纜的屏蔽功能究竟是屏蔽誰呢? 我今天有讀到:安培環場定律。 所以我想:因為在同軸電纜上,輸入電流是等於輸出電流的, 所以它對外並未建立磁場,因此屏蔽的對象是它自己(同軸電纜無法建立磁場影響其他人) 我這樣說可以嗎?

回答 (3)

2013-12-22 5:07 am
✔ 最佳答案
1. 為什麼同軸電纜擁有屏蔽的效果?

電子設備都有一個共地,訊號的傳送都要經過地回路才能完成,屏蔽就是接地,地 (com 或 Gnd ) 相對訊號是零電位,把訊號傳送線包著,就是屏蔽,也就是訊號傳送線不能發出和吸收電波,因為都被屏蔽了,同軸電纜有屏蔽的效果就是這樣解釋。

2. 外部的金屬依然能屏蔽它,使他不受外部的電磁波影響,那"同軸"就沒有意義了,改名叫屏蔽電纜不就好了?

對,金屬依然能屏蔽,使他不受外部的電磁波影響,就如電路主板都會另外把高頻部份安裝在金屬屏敝合內。
"同軸"電纜的主要意義是高頻阻抗的匹配 ( 如 50Ω, 75Ω 之類 ),如果不能匹配,訊號傳送損失很大,而且不穩定,同軸電纜通常都是用在高頻。音頻通常稱之為屏敝線,只作訊號屏敝之用。

3. 「因為同軸電纜之斷面為同心圓,其構造在電磁訊號傳輸上具屏蔽作用,較不易受外界雜訊干擾。」?
屏敝跟是否 "同心圓" 沒關系,主要"同心圓"是阻抗匹配,包了金屬便有屏蔽作用,而同軸電纜都同時有這兩個功能。

2013-12-26 10:10 am
記得看過傳輸線抗雜訊的比較資料 雙絞線>平行線>同軸電纜
同軸電纜的效果最差 (至少抗雜訊的成本效益明顯最差)
想法基本上是對的 但屏蔽的效果不是0與1間的問題
實際比這更複雜 單純的電磁分析無用(不合實情)
2013-12-22 6:33 am
音響訊號插頭,用音頻訊號隔離線,也是跟同軸電纜一樣,中心線有外層金屬隔離網包起來,隔離周圍交流電場的干擾。但它們兩傳輸原理有差別,中心線和外層包金屬離網是有靜電容,靜電容會把高頻訊號短路,不利於高頻輸送,音頻的隔離線太長,會把音訊的高音衰弱,隔離線只能隔離干擾不能傳送高頻。

音頻訊號隔離線沒有特性阻抗,同軸電纜有特性阻抗,目的傳送高頻訊號,對高頻來說一條線就有電感抗,中心線是電感有感抗不利高頻輸送,中心線和金屬網有電容,中心線的電感和金屬網的電容結合形成一π諧振電路,配合輸送阻抗諧振讓高頻順利通過,中心線和同心圓金屬距離(電容量大小),中心線粗細(電感量),阻抗,都影響頻率的輸送

2013-12-22 19:00:36 補充:
補充一下

還有一種沒有金屬網包覆隔離的高頻輸送線,電視天線平衡的300歐姆高頻輸送饋線,兩條線的線和線距離是固定,一樣有特性阻抗300歐姆,一般無線電視電波涵蓋範圍,用沒金屬網包覆的300歐姆饋線,電視一樣沒雜波畫面很清楚,假如你隨便改拉兩條線,天線的電波訊號是無法傳入電視,會產生駐波及雜波干擾,電視畫面會有雜波及重疊的影像(鬼影) ,同軸電纜的隔離雜訊干擾只是它的功能之一,重要是能把高頻輸送,

2013-12-23 09:41:46 補充:
銅能阻隔磁場穿透嗎?銅金屬網包覆隔離,只能阻隔交流電場,無法阻隔交流磁場,除非是極高的頻率,你把同軸電纜繞在變壓器周圍有磁場地方(高或低頻變壓都可以),讓變壓器磁場穿透同軸電纜線,你用電錶量一下,中心線的頭尾兩端,受磁場感應會有電壓,只是外層和中心線感應一樣電壓相互部份低消干擾,同軸電纜和100v大電流的電源線或其他有高頻電流的線放一起,一樣會受這些電流磁場干擾

2013-12-24 22:04:36 補充:
同軸電纜的等效電路,可視為電阻與電感串聯又與電容並聯的π 形RLC濾波匹配線路,中心線和金屬網有分佈電容,中心線是電感&電阻,π 形濾波器適當容量和電感(頻率諧振的功能),能讓高頻有效率的通過,

隨便兩條線不適合高頻,電流通過導線的周圍會建立磁場,磁場消失時導線又會產生反電勢,頻率高時電流磁場變化多,導線產生嚴重電感抗高頻無法通過,兩條線電流磁場方向相反,高頻傳輸時要靠近讓它們磁場相互低消降低電抗,又要配合上面說的組成π 形才能讓高頻有效率輸送

高頻率電磁波能阻隔,較低頻率的磁場穿透,變化的交流磁場,中心線一樣會感應電壓(導線周圍變化磁場就有電壓)

2013-12-24 22:21:46 補充:
同軸電纜訊號線,和100v大電流的電源線,或其他有高頻電流的線,假如你把放一起時,這線產生磁場會穿透中心線,交流磁場讓中心線產生電壓, 一樣會干擾同軸電纜訊號的,

2013-12-24 23:02:45 補充:
同軸電纜高頻傳輸,用比喻做另一種方式解釋,假如想把一音頻機械震動(高頻訊號),機械震動用銅塊(電線)傳遞到遠方,這一銅塊形狀要做成像音叉(RLC諧振),多個音叉共振串連,連續共振耦合到遠方,才能有效率,同軸電纜類似這種方式輸送,不曉得這樣比喻解釋能瞭解

2013-12-25 19:27:57 補充:
有想過高頻率的電壓,如何流過一般的導線嗎?

一條30公尺的導線,導線兩端各接正負電壓的直流電,需要延後0.1微秒(10^-6秒)導線尾端才有電壓,這是電子從導線的頭跑到尾需要的時間(速度小於3*10 ^8 m/s),導線改接100Mhz頻率,100Mhz交流電壓0.01微秒正負變化一次,電子從導線的頭開始跑1.5公尺還沒到尾,輸出端的頻率正負電壓已經改變,原本負會變成正,原本往前移電子又跑回來,還沒到達導線的尾又跑回來,不曉得理解我說法


收錄日期: 2021-04-30 18:17:42
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