Sujungimas ir nuotėkis radijo dažnių sistemose

Realiojo gyvenimo RF signalai

Norint sukurti ir analizuoti radijo dažnius, reikia suprasti sudėtingus aukšto dažnio signalų judėjimo realioje grandinėje būdus.

RF dizainas, kaip žinoma, yra ypač sudėtingas įvairiose elektros inžinerijos disciplinose. Viena to priežasčių - nepaprastas teorinių elektrinių signalų ir aukšto dažnio sinusinių signalų neatitikimas.

Kažkuriuo metu mes visi pradedame suprasti, kad idealizuoti komponentai, laidai ir signalai, rasti teorinėje grandinės analizėje, yra naudingi, nors labai netikslūs tikrovės apytiksliai vertinimai. Komponentai turi tolerancijas, priklausomybes nuo temperatūros ir parazitinius elementus; laidai turi varžą, talpą ir induktyvumą; signalai turi triukšmą. Tačiau yra sukurta ir įgyvendinta daugybė sėkmingų schemų, neatsižvelgiant į šias ypatybes.

Ekvivalento tikrojo „kondensatoriaus“ grandinės modelis; labai aukštais dažniais jis iš tikrųjų elgiasi kaip induktorius.

Tai įmanoma todėl, kad tiek daug grandinių šiais laikais pirmiausia apima žemo dažnio ar skaitmeninius signalus. Žemo dažnio sistemoms daug mažiau būdingas neidealinis signalas ir komponentai; todėl žemo dažnio grandinės linkusios daug mažiau nukrypti nuo operacijos, kurios tikimės remiantis teorine analize. 

Aukšto dažnio skaitmeninėms sistemoms labiau būdingas skirtumas, tačiau šių skirtumų poveikis paprastai nėra pastebimas, nes skaitmeninis ryšys iš esmės yra patikimas. 

Dėl neidealių grandinių elgesio skaitmeninis signalas gali smarkiai pablogėti, tačiau tol, kol imtuvas vis dar gali teisingai atskirti aukštą logiką nuo žemos logikos, sistema palaiko visas funkcijas.

RF pasaulyje, žinoma, signalai nėra nei skaitmeniniai, nei žemo dažnio. Netikėtas signalo elgesys tampa norma, o kiekvienas sumažintas signalo ir triukšmo santykis dB atitinka sumažintą diapazoną arba žemesnę garso kokybę arba padidintą bitų klaidų lygį.

Talpioji mova
Būtina suprasti, kad radijo dažnių signalai apsiriboja numatytais laidumo keliais. Tai ypač pasakytina apie spausdintines plokštes, kuriose įvairūs pėdsakai ir komponentai fiziškai yra mažai atskirti.

 

Tipinę grandinės schemą sudaro komponentai, laidai ir tuščia vieta tarp jų. Daroma prielaida, kad signalai keliauja laidais ir negali praeiti per tuščią vietą. Tačiau iš tikrųjų tuščios vietos užpildytos kondensatoriais. Talpa susidaro, kai du laidininkai yra atskirti izoliacine medžiaga, o didesnis fizinis artumas atitinka didesnę talpą.

Kondensatoriai blokuoja nuolatinę srovę ir sukelia žemo dažnio signalų didelę varžą. Taigi, mes galime daugiau ar mažiau ignoruoti visą šią netyčinę talpą žemų dažnių projektavimo kontekste. Bet varža mažėja didėjant dažniui; labai aukštais dažniais, PCB užpildytas santykinai mažos varžos laidumo keliais, kuriuos sukuria parazitinė talpa.

Spinduliuota mova
Idealizuotame pasaulyje kiekvienas RF įrenginys turi vieną anteną. Realybėje kiekvienas laidininkas yra antena ta prasme, kad jis gali skleisti ir priimti elektromagnetinę spinduliuotę. Taigi spinduliuota jungtis suteikia dar vieną būdą, kuriuo RF signalai gali praeiti per tariamai nelaidžius tuščius plotus tarp scheminių simbolių.

Kaip įprasta, ši problema tampa rimtesnė, kai dažnis didėja. Antena yra efektyvesnė, kai jos ilgis sudaro didelę signalo bangos dalį, todėl PCB pėdsakai (kurie dažniausiai būna gana trumpi) yra problemiškesni, kai yra aukšti dažniai.

Sąvoka „spinduliuotė“ yra labiau tinkama, kai kalbama apie tolimojo lauko efektus, ty trukdžius, kuriuos sukelia elektromagnetinė spinduliuotė, esanti ne šalia antenos. Kai spinduliuojantys ir priimantys laidininkai yra atskirti mažiau nei maždaug vienu bangos ilgiu, sąveika vyksta artimame lauke. Šioje situacijoje dominuoja magnetinis laukas, todėl tikslesnis terminas yra „indukcinis sujungimas“.

Nuotėkis
RF signalas, jungiantis į nepageidaujamas grandinės dalis, apibūdinamas kaip „nesandarus“. Klasikinis nuotėkio pavyzdys pavaizduotas šioje diagramoje:




Vietinio generatoriaus (LO) signalas tiekiamas tiesiai į maišytuvo LO įvestį; tai tyčinis laidumo kelias. Tuo pačiu metu signalas nustato netyčinį laidumo kelią ir sugeba nutekėti į kitą maišytuvo įvesties prievadą. Sumaišius du vienodo dažnio ir fazės signalus gaunamas nuolatinis DC poslinkis (poslinkio dydis mažėja iki nulio, fazių skirtumui artėjant 90 ° arba –90 °). Šis nuolatinės srovės poslinkis yra didelis projektavimo iššūkis, atsižvelgiant į imtuvų architektūras, kurios įvesties signalą tiesiogiai verčia iš radijo dažnio į bazinės juostos dažnį.

Kitas nuotėkio kelias yra iš maišytuvo per mažo triukšmo stiprintuvą iki antenos:


 

Bet tuo viskas nesibaigia; LO signalą galėjo spinduliuoti antena, atspindėti išorinis objektas, o paskui priimti tą pačią anteną. Tai vėlgi sukels savaiminį maišymąsi ir gaunamą nuolatinį DC poslinkį, tačiau tokiu atveju poslinkis būtų labai nenuspėjamas - poslinkio amplitudę ir poliškumą paveiktų nuolat kintantis atspindimo signalo dydis.

Siųstuvai ir imtuvai
Kita situacija, dėl kurios kyla nuotėkio problemų, kai RF įrenginyje yra tiek imtuvas, tiek siųstuvas. Siųstuvo dalis turi galios stiprintuvą, kuris yra skirtas stipriam signalui perduoti į anteną. Imtuvo dalis skirta stiprinti ir demoduliuoti labai mažos amplitudės signalus. Taigi siųstuvas teikia didelę galią, o imtuvas - didelį jautrumą.

Tikriausiai galite pamatyti, kur tai vyksta. Sujungimo kelias galėtų leisti PA išvestį nutekėti į priėmimo grandinę; net labai susilpnintas PA signalas gali sukelti problemų jautrioje imtuvo schemoje.

Vienpusis, dvipusis
Šis PA-imtuvo nutekėjimas kelia susirūpinimą tik tada, kai grandinė turi palaikyti tuo pačiu perdavimą ir priėmimą. Sistema, susidedanti iš dviejų tokių prietaisų, vadinamų siųstuvais, nes jie gali veikti kaip siųstuvai ir imtuvai, yra vadinama pilnąja dvipuse. Dvipusė sistema leidžia vienu metu palaikyti abipusį ryšį.

Pusiau dupleksinė sistema palaiko tik ne vienalaikį abipusį ryšį, nors pusdupleksio sistemos įrenginiai vis tiek yra siųstuvai, nes jie gali perduoti ir priimti. Naudodami pusiau dupleksinius įrenginius, mums nereikia jaudintis dėl nuotėkio iš PA į imtuvą, nes priėmimo grandinė neaktyvi perdavimo metu.

Vienpusė radijo ryšio sistema vadinama „simplex“. Labai dažnas pavyzdys yra AM ar FM transliacija; stoties antena perduoda, o automobilinis radijas priima.

Santrauka

* Realaus gyvenimo elektrinius signalus ir komponentus yra sunkiau nuspėti ir analizuoti nei idealizuotus jų kolegas; tai ypač pasakytina apie aukšto dažnio analoginius signalus.

* RF signalai lengvai keliauja netyčiniais laidumo keliais, kuriuos sukuria talpinė jungtis, spinduliuojama jungtis ir indukcinė jungtis.
* RF signalų judėjimas netyčiniais laidumo keliais yra vadinamas nutekėjimu.

* RF sistemas galima suskirstyti į tris bendras kategorijas:

visiška dvipusė (vienalaikis dvipusis ryšys)
pusiau dvipusis ryšys (ne vienalaikis dvipusis ryšys)
simplex (vienpusis ryšys)

Palik žinutę 

Žinučių sąrašas