Этот материал — дополнение и практическая иллюстрация к предыдущей статье
Работающий трансформатор с деревянным сердечником, или простая грозозащита для компьютеров и телевизоров
С наступлением теплой погоды рабочее место перекочевало в дачный поселок.
Конечно, пришлось забыть о прекрасном стационарном проводном Интернете и вкусить прелестей 3g.
В первую же грозу, отключив модем, меня стали посещать мысли: а не попробовать ли такую же или подобную грозозащиты, как описывалось ранее, но для 3g модема?
Теоретически тут все должно быть неправильно и получиться не должно, но все же попытка была произведена.
Главная проблема — земля, то бишь заземление компьютера при подключенной антенне (без антенны связь практически невозможна).
В предыдущем материале опасность проблемы была обозначена как исключительно высокая, и где-то так это и есть.
Плюс опасность повреждения модема сильным полем электромагнитной волны при разряде молнии.
Ситуация в иллюстрациях.
Антенна в «боевом положении»:
На рисунке можно рассмотреть, что мачта антенны вкопана в землю (заодно выполняет функцию опоры для винограда).
А вот откуда берется заземление на оплетке антенного кабеля:
Далее компьютер заземляется по цепи: оплетка кабеля -> общий провод модема -> земля USB -> общий провод (корпус) компьютера.
Итак, в такой системе есть угроза при грозе номер 1 в виде затекания токов молнии через землю в компьютер со всеми неприятными вытекающими последствиями.
Есть и вторая угроза. Обратите внимание: антенна установлена на прием сигналов с вертикальной поляризацией (ну то есть таких, у которых электрическое поле направлено вертикально).
Опять же, в предыдущем посте есть иллюстрация, где очень наглядно видно, что в электромагнитном поле от молнии электрическое поле направлено тоже вертикально.
Таким образом, при ударе молнии на выходе антенны есть риск появления значительных напряжений. Ситуация та же, что и с линией связи — противофазное напряжение, или угроза номер 2.
Было очень заманчиво в разрыв антенного кабеля просто включить трансформатор из витой пары, но тут теоретически все очень плохо.
Плохо номер 1. Вроде как по стандарту витая пара работает на частотах до 125 Мегагерц. Сигнал CDMA — 800 МГц, то есть нужно ожидать значительных потерь в трансформаторе.
Плохо номер 2. Волновое сопротивление кабеля — 75 Ом, витой пары — 100 Ом.
Отступим немного вбок. Везде есть много определений волнового сопротивления, формулы всякие, но складывается ощущение, что это — некая абстракция, виртуальный параметр.
Развеем это.
Представим себе, что у нас в одной руке — батарейка, самая обычная.
Теперь представим, что во второй руке мы держим конец оооочень длинной линии связи.
Делаем простую операцию: подключаем батарейку к линии. Что будет происходить?
В линию будет уходить волна, «заряжая» линию энергией своего электромагнитного поля, чем больше держим батарейку подключенной к линии, тем большая часть линии зарядится энергией.
Можно образно сказать, что волна «высасывает» энергию из батарейки и передает ее в линию.
А как ситуация выглядит с точки зрения батарейки? Просто протекает ток, так как будто к батарейке присоединили резистор, и сопротивление этого резистора и равно волновому сопротивлению линии.
Если на пути волны в кабеле есть участки с другим волновым сопротивлением, волна отражается от них.
Концы кабеля и замыкания в кабеле — это фактически тоже участки с другим волновым сопротивлением: открытый конец кабеля — бесконечное сопротивление, замыкание — нулевое.
Для радиосигналов отражения в кабеле приводят в основном к потерям сигнала на выходе кабеля.
А вот для цифровых сигналов отражения приводят к искажению информации и зачастую вообще к невозможности связи.
Исключительно критичен к волновому сопротивлению Ethernet. Сильное рассогласование на концах кабеля сразу же «гасит» связь полностью, причем выглядит это так: горит линк 100 мегабит, пингов нет
Вернемся к грозозащите.
Итак, все плохо — витая пара относительно низкочастотна, волновое сопротивление другое, еще и симметрична в отличие от антенного кабеля.
Была сделана попытка изготовить трансформатор на длинной линии из антенного кабеля, но успехом попытка не увенчалась — связи нет, уровень сигнала — ноль.
Чисто на удачу в разрыв линии был включен точно такой же трансформатор на длинной линии из витой пары, как было описано ранее.
Результат сильно удивил:
Уровень сигнала БЕЗ трансформатора грозозащиты: -75 dBm
с подключенным в разрыв антенного кабеля трансформатором
Наблюдение за уровнем показало, что трансформатор вносит потери 3-4 dBm, что даже на не очень сильных сигналах некритично.
На качество связи, скорость и пр. влияния не замечено.
Нагрев модема — в норме, ничего не изменилось.
Конструкция.
Схематично:
Сама констукция была изготовлена с помощью стандартных антенных разъемов (подходят телевизионные).
Получилось вот так:
И вся конструкция в подключенном состоянии
Важная особенность: система критична к полярности.
В моем случае в самом первом эксперименте трансформатор вносил потери 6 dBm, когда поменял местами провода витой пары, идущие к модему — затухание упало до 3 dBm.
Явление возникает, скорее всего, из-за того, что мы стыкуем симметричный трансформатор с несимметричным коаксиальным кабелем.
И маленький момент. Конструкция 1:1 подходит для телевизоров, если накрутить на концы кабеля male и female антенные разъемы, вот примерно так
Что получили в итоге?
1. Кабель при подключениях перестал биться током (и исчезло опасение повредить при таких подключениях что-нибудь).
2. Пропала необходимость во время грозы вытаскивать пигтейл из модема, постоянно размышляя о том, через сколько таких перетыкиваний сломается разъем.
Автор: konst20
замечательная статья, все просто очень понятно. Я одного не нашел какая длина должна быть у витой пары?