Простая грозозащита — реализация для 3g модемов и телевизоров

    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.
    Ads
    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More

    Comments 33

      0
      Я правильно понял, что фактически это две разные цепи будут, т.е. не будет прямого контакта на разных концах такого антенного провода?
      0
      Но в грозу все же лучше отключать антенну от техники, т.к. антенна внешняя, есть шанс прямого попадания молнии, от которой такая схема не спасет?
        0
        От прямого попадания, пожалуй, ничего не спасет — энергии слишком велики.
        Более того — даже если шваркнет где-то недалеко, все равно будет худо. У моего брата во время грозы сгорел монитор. Ударило совсем близко.
        Подобные устройства не исключают, а снижают риск повреждения устройств.
          +3
          Более того, в старых совковых справочниках по этому поводу есть даже схема. Исходя из которой, кабель не просто отключается от техники, но и рубильником переключается на землю!

          0
          Длину витой пары уточните, пожалуйста.
            +2
            70 см примерно я использовал
              0
              Много. Можно короче взять.
            0
            Скажите, а есть готовые решения, которые можно купить? Если можно, дайте ссылочки на ebay или aliexpress.
            Мне просто на перепродажу надо, а самопал не презентабельно выглядит
              +2
              Есть, поищите «грозозащита Diamond» или длинковский ANT70-SP.
              0
              А разве частота CDMA не 450Mhz? Вроде питерский скайлинк на такой работает, хотя, судя по винограду, вы не в Питере.
                0
                В наших широтах (Украина, Луганская обл.) вроде бы как есть MTS со своим CDMA 450 МГц и еще пучок операторов, которые говорят, что используют CDMA 800 МГц — Интертелеком, CMDA UA, People Net.
                +2
                >> Волновое сопротивление кабеля — 75 Ом, витой пары — 100 Ом.

                На воду дуете. У вас место пайки/скрутки/джеки на таких частотах будут давать такую нелинейность, что на её фоне от дифферента волновых сопротивлений ничего в плане согласованности и стоячей волны зависеть не будет
                  0
                  Буду признателен, если уточниет, что такое в данном контексте «нелинейность».
                    0
                    *уточните — сори, описАлся
                      0
                      Нелинейность вряд ли… А вот тот факт, что линейные размеры всей вставки в несколько раз меньше длины волны, скорее всего приводит к тому, что всю её можно рассматривать как одну неоднородность в линии. А в этом случае её характеристики мало будут зависеть от того 75 или 100 Ом в витой паре (тем более что в таком исполнении там ни первое, ни второе), в S-параметры больший вклад будут вносить разъемы и пайка.
                        0
                        Нелинейность — имелся в виду скачок импеданса в месте скрутки/спайки. С учётом длины волны вашу конструкцию можно воспринимать как точечную неоднородность среды на пути волны, и степень её неоднородности зависит, в основном, от места и свойств контакта
                      +3
                      Для надёжности нужно было синюю изоленту использовать, а не чёрную. )
                        0
                        Кончилась… Пришлось пожертвовать надежностью и замотать черной…
                        0
                        Всё конечно круто, но… на практике испытывали?

                        Живу на последнем этаже, видел как громоотвод «прострелил» витуху, которая была к нему просто прислонена. Там напряжение такое, что… изоляция с лапши, что есть… что нету её.

                        Посему лично моё мнение, что такая грозозащита не защитит, поскольку у защиты нет заземляющего контура, на который бы соскакивал разряд. Разряд ударил в антенну, дальше он по кабелю пойдёт, а куда дальше ему деваться? он прострелит изоляцию и пойдёт кратчайшим путем на всё токопроводящее, где есть ноль или земля.
                          0
                          Простите, но заземлена антенна и оплетка кабеля, которые с нее идет. Я даже фотки привел, откуда берется заземление.
                          +1
                          Для надежной грозозащиты нужно сделать заземление, обычно вбивают в землю штырь (лучше с медным покрытием) на глубину 15-30 метров (в зависимости от проводимости грунта).

                          Для домов, с подключением к электросети 220 Вольт однофазного тока или электросети 380 Вольт трехфазного тока, необходимо иметь локальное заземление с сопротивлением не более 30 Ом (ПУЭ 1.7.103).

                          Для заземления, использующегося для подключения молниеприемников, сопротивление заземления должно быть не более 10 Ом (РД 34.21.122-87, п. 8)

                          Продаются готовые модульные комплекты www.zandz.ru/modulnoe_zazemlenie.html
                            0
                            Повторю свой предыдущий коммент:
                            Антенна заземлена, и кабель заземлен, надежно и сильно — вкопано в землю.
                            0
                            попробуйте еще добавить резистор 1 мОм параллельно антенне- уберет статику
                              0
                              Сорри за занудство: 1 мОм — это один миллиОм?
                              Мне кажется, мегаОм будет лучше так написать: 1 МОм.

                              И еще момент — антенна по постоянному току закорочена в такой схеме.
                                0
                                вы правы, конечно имелся ввиду мегаОм

                              0
                              Я не уверен, что правильно понял задумку вашу, сейчас это выглядит так, что вы хотите сделать гальваническую развязку и используете для это импровизированный трансформатор. Если не так, то дальше можете не читать, а если так, то не очень понятно чем помогает трансформатор, так как он хоть и с потерями но передаст всю энергию дальше. Для гальванической развязки стоит использовать оптроны, нет?
                                0
                                Могу быть неправ, но:
                                1. Оптроны на частоте 800 МГц?
                                2. На таком уровне сигнала, который приходит из антенны, для оптрона на любой частоте нужно со стороны антенны делать усилитель.
                                3. Гальваническую развязку прекрасно делает трансформатор, более того, возьму на себя смелость утверждать, что трансформатор — это основное устройство для гальванической развязки, на переменном токе во всяком случае.

                                По поводу передачи энергии — см. предыдущий пост, ссылка есть в материале в самом начале.
                                  0
                                  Да, все правильно, спасибо
                                0
                                Воткните хотя бы газоразрядник еще на землю от обоих выводов антенны.
                                  0
                                  3-4 Дб — это довольно много, %username%.
                                    0
                                    Много/мало — все относительно.
                                    Я юзаю с такой штукой 3G модем уже месяц. Сигнал падает с -75dBm до -78dBm, никаких перемен в связи я не ощутил, по визуальному индикатору как было три палки из 4-х, так и осталось.

                                    Конечно, если связь на пределе, такое снижение уровня сигнала может играть существенную роль. Но, имхо, если со связью все так плохо, то тут возникает масса других вопросов помимо грозозащиты.

                                  Only users with full accounts can post comments. Log in, please.