В электротехнике кабель star-quad представляет собой четырехжильный электрический кабель , имеющий специальную квадрупольную геометрию , которая обеспечивает магнитную устойчивость при использовании в сбалансированной линии . [1] Четыре проводника используются для переноса двух ветвей сбалансированной линии. Все четыре проводника должны находиться на одинаковом расстоянии от общей точки (обычно центра кабеля). Четыре проводника расположены в четырехконечной звезде (образуя квадрат ) . Противоположные точки звезды соединены вместе на каждом конце кабеля, образуя каждую ветвь сбалансированной цепи.
Кабели Star quad часто используют элементы-наполнители для удержания центров проводников в симметричном четырехточечном расположении вокруг оси кабеля. Все точки звезды должны находиться на одинаковом расстоянии от центра звезды. Когда противоположные точки соединены вместе, они действуют так, как будто они являются одним проводником, расположенным в центре звезды. Такая конфигурация помещает геометрический центр каждой из двух ветвей сбалансированной цепи в центр звезды. Для магнитного поля обе ветви сбалансированной цепи кажутся находящимися точно в центре звезды. Это означает, что обе ветви сбалансированной цепи будут получать точно такие же помехи от магнитного поля, и будет вырабатываться синфазный сигнал помех . Этот синфазный сигнал помех будет отклонен сбалансированным приемником .
Магнитная устойчивость кабеля со звездной четверкой зависит от точности геометрии звездной четверки, точности балансировки импеданса и коэффициента подавления синфазного сигнала сбалансированного приемника. [2] Кабель со звездной четверкой обычно обеспечивает снижение магнитных помех на 10–30 дБ [3] . [4] [5] [6]
Когда кабель star-quad используется для одной сбалансированной линии , например, для профессиональных аудиоприложений и двухпроводной телефонии, два несмежных проводника подключаются вместе на обоих концах кабеля, а два других проводника также подключаются вместе. Помехи, улавливаемые кабелем, поступают в виде практически идеального синфазного сигнала, который легко удаляется соединительным трансформатором или дифференциальным усилителем . Объединенные преимущества скручивания, дифференциальной сигнализации и квадрупольной схемы обеспечивают выдающуюся помехоустойчивость, особенно выгодную для приложений с низким уровнем сигнала, таких как длинные микрофонные кабели, даже при установке очень близко к силовому кабелю. Это особенно выгодно по сравнению с витой парой, когда источники магнитного поля переменного тока находятся в непосредственной близости, например, сценический кабель, который может лежать напротив встроенного силового трансформатора. [7]
Недостатком является то, что звездная четверка, объединяющая два проводника, обычно имеет большую емкость, чем аналогичный двухпроводной витой и экранированный аудиокабель. Высокая емкость приводит к увеличению потери высоких частот по мере увеличения расстояния. [8] [9] Высокочастотные потери обусловлены RC-фильтром, образованным выходным сопротивлением драйвера кабеля и емкостью кабеля. В некоторых случаях увеличение искажений может происходить в драйвере кабеля, если ему трудно управлять более высокой емкостью кабеля.
Емкость четырехжильного кабеля quad-star примерно равна емкости стандартного двухжильного кабеля примерно в 1,5 раза длиннее. Повышенная емкость кабеля star quad обычно не является проблемой для коротких кабельных трасс, но может быть проблемой для длинных кабельных трасс. Например, кабель star-quad длиной 8 м (25 футов) имеет емкость 150 пФ/м [10] для общей емкости 1200 пФ для всей длины кабеля. При сопротивлении источника 150 Ом и емкости нагрузки 1200 пФ частотная характеристика этой RC-цепи составляет -0,02 дБ на частоте 20 кГц. Если бы кабель был 80 м вместо 8 м, то частотная характеристика была бы -0,2 дБ на частоте 20 кГц и -3 дБ на частоте 88 кГц.
Хотя вышеприведенное обсуждение сосредоточено на предотвращении проникновения шума (например, в микрофонный кабель), та же конфигурация четырехполюсника со звездообразной скруткой полезна для аудиокабеля громкоговорителей [11] , для электропроводки с разделенной фазой и даже для открытой линии передачи со звездообразной скруткой .
В этих случаях назначение конфигурации звездной четверки меняется на противоположное. Геометрия звездной четверки частично нейтрализует магнитные поля, которые производятся двумя парами проводников. Это нейтрализует магнитное излучение кабеля. Для правильной работы кабель должен быть смонтирован таким же образом, как и в примере микрофонного кабеля выше. Провода на противоположных сторонах звезды должны быть закорочены вместе на каждом конце кабеля. Это означает, что для двухпроводной цепи требуется четыре проводника. Кроме того, эта схема работает только в том случае, если две пары проводников несут равные и противоположные токи.
Если также необходим заземляющий проводник, его следует добавлять таким образом, чтобы он не мешал геометрии звездной четверки. Его также следует добавлять в геометрической конфигурации, которая подвергает заземляющий проводник одинаковому влиянию со стороны всех четырех проводников звездной четверки. Наиболее распространенным решением является обертывание звездной четверки цилиндрическим заземляющим проводником.
Кабель Star-quad может использоваться для двух цепей, таких как четырехпроводная телефония и другие телекоммуникационные приложения, но он не обеспечит магнитную устойчивость в этом приложении. В этой конфигурации каждая пара использует два несмежных проводника. Поскольку проводники всегда находятся на одинаковом расстоянии друг от друга, перекрестные помехи уменьшаются по сравнению с кабелями с двумя отдельными витыми парами . Каждый проводник одной пары видит равную емкость по отношению к обоим проводам в другой паре. Это устраняет емкостные перекрестные помехи между двумя парами. Геометрия также устраняет магнитные помехи между двумя парами.