Войти
В телекоммуникациях и профессиональном аудио, симметричная линия или пара симметричных сигналов - это линия передачи, состоящая из двух проводов одного типа, каждый из которых имеет равные импедансы по длине и равные импедансы земля и к другим цепям. Главное преимущество симметричного линейного формата - хорошее подавление внешнего шума при подаче на дифференциальный усилитель . Обычными формами симметричной линии являются двухжильный, используемый для радиочастотных сигналов, и витая пара, используемый для низких частот. Их следует противопоставить несимметричным линиям, таким как коаксиальный кабель, у которого обратный проводник спроектирован так, чтобы его обратный провод был подключен к земле, или цепям, обратный провод которых фактически земля. Симметричные и несимметричные цепи могут быть соединены между собой с помощью трансформатора, называемого балансиром.
. Цепи, управляющие симметричными линиями, должны сами быть сбалансированы, чтобы сохранить преимущества остаток средств. Это может быть достигнуто с помощью соединения трансформатора или простой балансировки импеданса в каждом проводнике.
Линии, по которым передаются симметричные сигналы (с равным, но противоположным напряжением относительно земли на каждой ветви), часто неправильно называют «сбалансированными», но на самом деле это дифференциальная сигнализация. Симметричные линии и дифференциальная сигнализация часто используются вместе, но это не одно и то же. Дифференциальная сигнализация не делает линию сбалансированной, а подавление шума в симметричных кабелях не требует дифференциальной сигнализации.
Рис. 1. Симметричная линия в формате витой пары. Эта линия предназначена для использования с 2-проводными цепями. 
Рис. 2. Сбалансированная линия в формате "звездочка". Эта линия предназначена для использования с 4-проводными цепями или двумя 2-проводными цепями. Он также используется с сигналами микрофона в профессиональном аудио.
Рис. 3. Сбалансированная линия в формате DM quad. Эта линия предназначена для использования с 4-проводными цепями или двумя 2-проводными цепями. 
Рис. 4. Сбалансированная линия в формате с двумя выводами. Эта линия предназначена для использования с радиочастотными цепями, в частности с антеннами. Передача сигнала по симметричной линии снижает влияние шума или помех из-за внешних паразитных электрических полей. Любые внешние источники сигнала имеют тенденцию индуцировать только синфазный сигнал на линии, а сбалансированные импедансы относительно земли минимизируют дифференциальный наводок из-за паразитных электрических полей. Иногда проводники скручивают вместе, чтобы гарантировать, что каждый проводник одинаково подвержен воздействию любых внешних магнитных полей, которые могут вызвать нежелательный шум.
Некоторые симметричные линии также имеют электростатическое экранирование для уменьшения вносимого шума. Кабель часто оборачивают фольгой, медной проволокой или медной оплеткой. Этот экран обеспечивает невосприимчивость к радиочастотным помехам, но не защищает от магнитных полей.
В некоторых симметричных линиях используется 4-жильный кабель с четырьмя звездами для обеспечения устойчивости к магнитным полям. Геометрия кабеля гарантирует, что магнитные поля будут вызывать равные помехи в обеих ветвях симметричной цепи. Эта симметричная помеха представляет собой синфазный сигнал, который может быть легко удален трансформатором или сбалансированным дифференциальным приемником.
Симметричная линия позволяет дифференциальному приемнику уменьшить шум в соединении, отклонив синфазные помехи. Линии имеют одинаковое сопротивление относительно земли, поэтому мешающие поля или токи индуцируют одинаковое напряжение в обоих проводах. Поскольку приемник реагирует только на разницу между проводами, на него не влияет наведенное шумовое напряжение. Если симметричная линия используется в несимметричной цепи с различным импедансом от каждого проводника к земле, токи, индуцируемые в отдельных проводниках, будут вызывать разные падения напряжения на землю, тем самым создавая разность напряжений, делая линию более восприимчивой к шумам. Примеры витых пар включают кабель категории 5.
По сравнению с несимметричными цепями, симметричные линии снижают уровень шума на расстояние, позволяя практично использовать более длинный кабель. Это связано с тем, что электромагнитные помехи одинаково влияют на оба сигнала. Сходства между двумя сигналами автоматически удаляются в конце пути передачи, когда один сигнал вычитается из другого.
Первое применение симметричных линий было для телефонных линий. Помехи, которые не имели большого значения для телеграфной системы (которая по сути является цифровой), могли очень беспокоить пользователя телефона. Первоначальный формат заключался в том, чтобы взять две однопроводные несимметричные телеграфные линии и использовать их как пару. Однако этого оказалось недостаточно с ростом объемов передачи электроэнергии, в которой использовались одни и те же маршруты. Телефонная линия, проходящая рядом с линией электропередачи на многие мили, неизбежно будет иметь больше помех в одной ноге, чем в другой, так как одна из них будет ближе к линии электропередачи. Эта проблема была решена путем перестановки позиций двух опор через каждые несколько сотен ярдов с перекрестным переключением, таким образом гарантируя, что обе опоры имеют равные индуцированные помехи, и позволяя подавлению синфазного сигнала делать свою работу. По мере роста телефонной системы стало предпочтительнее использовать кабель, а не открытые провода, чтобы сэкономить место, а также избежать плохой работы в плохую погоду. Для симметричных телефонных кабелей использовалась конструкция кабеля витая пара ; однако это не получило широкого распространения, пока не стали доступны усилители-повторители. Для телефонной линии без усиления кабель витой пары может выдерживать максимальное расстояние не более 30 км. С другой стороны, открытые провода с их более низкой емкостью использовались на огромных расстояниях - самая длинная из них была 1500 км от Нью-Йорка до Чикаго, построенная в 1893 году. Катушки нагрузки использовались для увеличения достижимого расстояния с кабелем, но проблема не была окончательно решена до тех пор, пока усилители не начали устанавливаться в 1912 году. Симметричные линии на витой паре все еще широко используются для локальных шлейфов, линий, которые соединяют помещения каждого абонента с их соответствующей АТС.
Телефонные магистральные линии, и особенно системы с частотным разделением каналов, обычно представляют собой 4-проводные цепи, а не 2-проводные (или, по крайней мере, они были до волоконно-оптического кабеля). -оптический получил широкое распространение) и требует другого типа кабеля. Этот формат требует, чтобы проводники были расположены в двух парах, одна пара для сигнала отправки (движения), а другая для обратного сигнала. Самым большим источником помех при таком типе передачи обычно являются перекрестные помехи между прямой и обратной цепями. Наиболее распространенный формат кабеля - звездообразный, где диагонально противоположные проводники образуют пары. Эта геометрия обеспечивает максимальное подавление синфазных помех между двумя парами. Альтернативный формат - квадрокоптер DM (Dieselhorst-Martin), который состоит из двух витых пар с разным шагом скрутки.
Рис. 5. Микрофоны, подключенные к кабелю типа «звезда», соединяются вместе диаметрально противоположными проводниками для поддержания баланса. Это отличается от использования в 4-проводных цепях. Цвета на этой диаграмме соответствуют цветам на рисунке 2. Примером сбалансированных линий является подключение микрофонов к микшеру в профессиональных системах. Как правило, как в динамических, так и в конденсаторных микрофонах использовались трансформаторы для обеспечения сигнала дифференциального режима. В то время как трансформаторы все еще используются в подавляющем большинстве современных динамических микрофонов, более поздние конденсаторные микрофоны с большей вероятностью будут использовать электронные схемы управления. Каждая ножка, независимо от сигнала, должна иметь идентичный импеданс относительно земли. Парный кабель (или производная от пары, такая как звездообразный четырехъядерный ) используется для поддержания сбалансированного импеданса, а плотное скручивание жил гарантирует, что любые помехи будут общими для обоих проводников. Если принимающая сторона (обычно микшерный пульт ) не нарушает баланс линии, может игнорировать синфазные (шумовые) сигналы и извлекать дифференциальные, тогда система будет иметь отличную устойчивость. к наведенным помехам.
Типичные профессиональные аудиоисточники, такие как микрофоны, имеют трехконтактные разъемы XLR. Один из них - заземление экрана или шасси, а два других - сигнальные соединения. Эти сигнальные провода несут две копии одного и того же сигнала, но с противоположной полярностью. (Их часто называют «горячими» и «холодными», и стандарт AES14-1992 (r2004) [и стандарт EIA RS-297-A] предполагает, что штифт, передающий положительный сигнал, возникающий в результате положительного давления воздуха на датчик будет считаться "горячим". Контакт 2 обозначен как "горячий" контакт, и это обозначение полезно для поддержания постоянной полярности в остальной части системы.) Поскольку эти проводники проходят один и тот же путь от источника к месту назначения, предполагается, что любые помехи наведены одинаково на оба проводника. Устройство, принимающее сигналы, сравнивает разницу между двумя сигналами (часто без учета электрического заземления), позволяя прибору игнорировать любой наведенный электрический шум. Любой наведенный шум будет присутствовать в равных количествах и с одинаковой полярностью на каждом из симметричных сигнальных проводников, поэтому разница двух сигналов друг от друга не изменится. Успешное подавление наведенного шума из полезного сигнала частично зависит от симметричных сигнальных проводников, принимающих одинаковое количество и тип помех. Обычно это приводит к скрученным, плетеным кабелям или кабелям с совместной оболочкой для использования в симметричной передаче сигнала.
Большинство объяснений симметричных линий предполагают симметричные (противофазные) сигналы, но это досадная путаница - симметрия сигнала и симметричные линии совершенно независимы друг от друга. Важным в сбалансированной линии является согласование импедансов в драйвере, линии и приемнике. Эти условия гарантируют, что внешний шум одинаково воздействует на каждое плечо дифференциальной линии и, таким образом, проявляется в виде синфазного сигнала, который удаляется приемником. Существуют симметричные схемы возбуждения, которые имеют превосходное согласование синфазного импеданса между «ветвями», но не обеспечивают симметричные сигналы. Симметричные дифференциальные сигналы существуют для предотвращения помех другим цепям - электромагнитные поля компенсируются равным и противоположным токами. Но они не нужны для подавления помех от других цепей.
Для преобразования сигнала из симметричного в несимметричный требуется симметричный резистор . Например, симметрирующие устройства могут использоваться для передачи сигналов линейного уровня аудио или E-несущей уровня 1 по коаксиальному кабелю (который является несимметричным) на расстояние 300 футов (91 м) от кабель категории 5 с помощью пары балунов на каждом конце участка CAT5. Балун принимает несимметричный сигнал и создает инвертированную копию этого сигнала. Затем он отправляет эти 2 сигнала по кабелю CAT5 как сбалансированный дифференциальный сигнал. При приеме на другом конце балун принимает разницу двух сигналов, тем самым удаляя любой шум, полученный на пути, и воссоздает несимметричный сигнал.
Некогда распространенное применение «балуна» радиочастоты было обнаружено на антенных выводах телевизионного приемника. Обычно вход антенны с симметричным двухпроводным сопротивлением 300 Ом может быть подключен только к коаксиальному кабелю от системы кабельного телевидения через симметричный резистор.
характеристический импеданс 
где 
где 
В передаче электроэнергии три проводника, используемые для передачи трехфазной энергии, называются симметричной линией, поскольку мгновенная сумма трех линейных напряжений номинально равна нулю. Однако баланс в этой области относится к симметрии источника и нагрузки: он не имеет ничего общего с балансом импеданса самой линии, смыслом смысла в телекоммуникациях.
Для передачи однофазной электроэнергии, используемой в системах электрификации железных дорог, используются два проводника для передачи синфазного и противофазного напряжения. так, чтобы линия была сбалансированной.
Биполярные линии HVDC, в которых каждый полюс работает с одинаковым напряжением относительно земли, также являются симметричными линиями.
 | Викискладе есть материалы, посвященные Сбалансированные линии. |
