Esta pregunta, tal como se escribió originalmente, suena un poco loca: originalmente me la planteó un colega como una broma. Soy un físico experimental de RMN. Con frecuencia quiero realizar experimentos físicos que en última instancia se reducen a medir pequeños voltajes de CA (~ µV) a aproximadamente 100-300 MHz, y extraer la corriente más pequeña posible. Hacemos esto con cavidades resonantes y conductores coaxiales de impedancia (50 Ω). Debido a que a veces queremos explotar nuestras muestras con un kW de RF, estos conductores a menudo son bastante "robustos": coaxiales de 10 mm de diámetro con conectores tipo N de alta calidad y una baja pérdida de inserción baja a la frecuencia de interés.
Sin embargo, creo que esta pregunta es de interés, por las razones que detallaré a continuación. La resistencia de CC de los conjuntos de conductores coaxiales modernos se mide con frecuencia en ~ 1 Ω / km, y puede descuidarse para los 2 m de cable que uso habitualmente. Sin embargo, a 300 MHz, el cable tiene una profundidad de revestimiento dada por
de unas cuatro micras. Si se supone que el centro de mi cable coaxial es un cable sólido (y, por lo tanto, descuida los efectos de proximidad), la resistencia de CA total es efectiva
donde D es el diámetro total del cable. Para mi sistema, esto es aproximadamente 0.2 Ω. Sin embargo, manteniendo todo lo demás constante, esta aproximación ingenua implica que sus pérdidas de CA se escalan como 1 / D, lo que implicaría que uno querría conductores lo más grandes posible.
Sin embargo, la discusión anterior descuida completamente el ruido. Entiendo que hay al menos tres fuentes principales de ruido que debo considerar: (1) ruido térmico (Johnson-Nyquist), inducido en el propio conductor y en los condensadores correspondientes en mi red, (2) ruido inducido por la radiación de RF en otras partes del universo, y (3) ruido de disparo y ruido 1 / f proveniente de fuentes fundamentales. No estoy seguro de cómo la interacción de estas tres fuentes (¡y cualquiera que me haya perdido!) Cambiará la conclusión alcanzada anteriormente.
En particular, la expresión para el voltaje de ruido Johnson esperado,
es esencialmente independiente de la masa del conductor, lo que ingenuamente encuentro bastante extraño: uno puede esperar que la masa térmica más grande de un material real brinde más oportunidades para (al menos transitoriamente) corrientes de ruido inducidas. Además, todo con lo que trabajo está protegido contra RF, pero no puedo evitar pensar que el blindaje (y el resto de la habitación) se irradiará como un cuerpo negro a 300 K ... y, por lo tanto, emitirá algo de RF de lo contrario. diseñado para detenerse.
En algún momento , mi intuición es que estos procesos de ruido conspirarían para hacer que cualquier aumento en el diámetro del conductor utilizado no tenga sentido o sea perjudicial. Ingenuamente, creo que esto claramente tiene que ser cierto, o los laboratorios se llenarían de cables absolutamente enormes para ser utilizados con experimentos sensibles. Estoy en lo cierto?
¿Cuál es el diámetro óptimo del conductor coaxial para usar cuando se transporta información que consiste en una diferencia de potencial de una pequeña magnitud v a una frecuencia de CA f? ¿Está todo tan dominado por las limitaciones del preamplificador (GaAs FET) que esta pregunta no tiene sentido?