جلوگیری از تداخل سیگنال در کابل ها

نخست انواع تداخل را در سیگنال های عبوری از کابل ها مرور میکنیم و پس از آن، روشهای مناسب برای جلوگیری از این نویزها را خواهیم گفت.

با پیشرفت فناوریها، سامانه های ارتباطی و کنترلی، پیچیده تر شده اند. در کنار این، انتظار میرود سیستمهای کابلی مسافتهای طولانیتر از قبل را پشتیبانی کنند. همین موضوع در کابلها میتواند موجب افزایش احتمال شکست در انتقال صحیح سیگنالها در اثر تداخلات الکتریکی گردد.

انواع تداخل سیگنال در کابل ها

انواع تداخل سیگنال در کابل ها

با توجه به کاربردها، ممکن است کابلها تحت تأثیر تداخل الکترومغناطیسی (EMI)، تداخل فرکانس رادیوی (RFI) و تداخل الکترواستاتیکی (ESI) قرار گیرند.

تداخلات سیگنال در کابلها را میتوان در چهار نوع زیر دسته بندی کرد:

  1. نویز استاتیک: این اعوجاج به دلیل کوپلینگ ظرفیت خازنی بین میدان الکتریکی از منبع ولتاژ خارجی و کابل است.
  2. نویز مغناطیسی: میدانهای مغناطیسی که از منابعی مانند سیم و کابلهای برق و الکتروموتورهای AC انتشار مییابند، باعث ایجاد این نوع اعوجاج میشوند. این میدانها میتوانند جریان مخالفی را ایجاد و جریان گذرنده از کابل سیگنال یا دیتا را مختل یا تضعیف کنند.
  3. نویز حالت مشترک یا Common Mode: جریانهایی که از زمینهای با پتانسیل متفاوت در نقاط مختلف سیستم جاری میشوند، این تداخل را ایجاد میکنند. مثلاً زمین شدن دو طرف مدار با پتانسیل غیر همسان.
  4. نویز Crosstalk، همشنوی یا همشنوایی: هنگامی که سیگنالهای DC پالسی یا AC استاندارد از یک سیم به سیم مجاور نشت پیدا میکند و بر روی سیگنالهای آن قرار میگیرد، نویز Crosstalk رخ میدهد.

این تداخلات یا اعوجاجها و در هم خوردگیها را در کابلها که با عنوان تداخل سیگنال (Signal interference) یا نام سادۀ «نویز» میشناسیم، نمیتوانند تنها با تکیه بر عایقبندی مسدود شوند و به وجود حفاظها یا همان شیلدها نیاز خواهد بود.

جلوگیری از نویز ها در کابلها

هنگامی که نوع تداخل سیگنال یا همان نویز در کابل معلوم شد، میتوان متریال و سبک مناسب شیلدینگ را برگزید. محافظ یا شیلد، یک لایۀ اغلب فلزی در اطراف رسانا یا رساناهای کابلهاست با هدف محدود کردن تداخل سیگنال بین آن سیم و میدانهای خارجی.

شیلد، نقش اساسی در افزایش اثر بخشی سیستمهای کابلی و به حداقل رساندن نشت سیگنال و کاهش دریافت سیگنال از منابع خارج از کابل دارد. تنوع شیلدها از نظر جنس عبارتست از: مس ساده، مس قلع اندود، فولاد گالوانیزه، فولاد ضد زنگ، آلومنیوم و الیاف ساخته شده از پارا آرامید.

انواع حفاظ یا شیلد را از نظر نوع میشود این طور برشمرد:

  • فویل: نواری از جنس غالباً آلومینیوم که میتواند یک طرف آن با پوشش پلی استر یا پلی پروپیلن باشد. فویل میتواند پوشش 100% ایجاد کند.
  • بافت: معمولاً رشته های مسی یا مس قلع اندود در این نوع شیلد به کار میروند. این شیلد، پوششدهی از 65 تا 95 درصد خواهد داشت؛ اما نمیتواند پوشش صد در صدی ایجاد نماید.
  • مارپیچی: در این نوع شیلد، سیمهای مسی یا مس فلع اندود به جای آنکه به یکدیگر بافته شوند، در کنار هم و مارپیچ وار به دور کابل میپیچند. شیلد Spiral میتواند از 80 تا 97% پوشش ایجاد کند.
  • شیلد ترکیبی: از ترکیب فویل با بافت استفاده میشود که در کنار هم میتوانند پوشش 100 درصدی را فراهم سازند و مزایای شیلدهای فویل و بافت را یکجا داشته باشند.

برگزیدن جنس، نوع و مقدار پوشش مناسب شیلد، برای به حداکثر رساندن بهره وری سیستمهای کابلی، بسیار مهم است. کاربرد کابل، فرکانس کار، محیطی که کابل در آن استفاده خواهد شد، منابع بالقوۀ تداخل در پیرامون کابل و ویژگیهای مکانیکی، نکاتی هستند که باید در طراحی و انتخاب شیلدینگ مناسب در نظر گرفته شوند.

حفاظ مناسب در برابر تداخل سیگنال

شیلد های مختلف در کابل ها

نکاتی دربارۀ انواع روش حفاظت در برابر تداخل سیگنال برای کابل ها، مقایسۀ میان آنها و کاربردهایشان:

  • فویل آلومینیومی میتواند یک محافظ عالی در برابر نویز الکترواستاتیک باشد. فویلها باید از طریق سیمهای تخلیه که در تماس با آنها هستند به زمین متصل شوند تا بهترین نتایج را ارائه دهند.
  • فویل آلومینیومی، سبکتر و ارزانتر از شیلد بافت خواهد بود؛ اما طول عمر انعطاف پذیری (تعداد دفعات حرکت کابل بدون آسیب دیدن آن) و مقاومت مکانیکی کمتری دارد.
  • اثربخشی فویل در فرکانسهای بالا، بهتر از فرکانسهای پایین است.
  • پیچاندن عناصر کابل به هم (ایجاد زوج رشتۀ به هم تابیده) ساده ترین و مؤثرین راه برای مقابله با نویز مغناطیسیست.
  • حفاظت مستقل برای زوج رشته ها (PiMF)، بهترین راه برای جلوگیری از نویز همشنویست. پیچش زوجها هم به تنهایی میتواند این نویز را کاهش دهد.
  • شیلد بافت میتواند ساختار منعطف، طول عمر انعطاف پذیری و مقاومت مکانیکی بالایی را فراهم سازد.
  • شیلد بافت سنگین و حجیمتر از فویل خواهد بود و اتصال آن به ترمینالهای ارت، سختتر از اتصال سیم تخلیۀ در تماس با فویلهاست.
  • شیلدهای بافت غالباً در فرکانسهای متوسط (1 تا 100 مگاهرتز) استفاده میشوند.
  • تراکم یا پوشش بیشتر بافت، اثر بخشی آن را بالا میبرد؛ البته باعث افزایش هزینه میگردد.
  • شیلد مارپیچی، بیشترین انعطاف پذیری را خواهد داشت. در کاربردهای فرکانس صوتی، بسیار عالیست؛ اما در فرکانسهای بالاتر از صوت، اثربخشی کمی دارد. به همین دلیل، اغلب در فرکانسهای پایین (تا 1 مگاهرتز) استفاده میشود.
  • شیلدهای ترکیبی، بهترین گزینه برای کاربردهای فرکانس بالا (بیش از 100 مگاهرتز) هستند. این شیلدها باید از طریق مسیری کم امپدانس، به زمین متصل شوند؛ در غیر این صورت، کارایی آنها کاهش خواهد یافت.

در نگارش این متن، از محتوای مقالات شرکتهای محترم صنایع کابل کرمان و Allied Wire & Cable استفاده شده است.

محمد دلگری | دپارتمان فنی و فروش | iWire

09120471420

+98 9120471420

M.Delgari@Gmail.com

محمد دلگری
تماس با ما