Perdavimo linija ir RF

Realiojo gyvenimo RF signalai
Aukšto dažnio jungtys reikalauja ypatingo dėmesio, nes dažnai jos elgiasi ne kaip įprasti laidai, o kaip perdavimo linijos.

Žemo dažnio sistemose komponentai yra sujungti laidais arba PCB pėdsakais. Šių laidžių elementų varža yra pakankamai maža, kad daugelyje situacijų būtų nereikšminga.

Šis grandinės projektavimo ir analizės aspektas dramatiškai keičiasi didėjant dažniui. RF signalai tiesiais keliais nejuda per laidus ar PCB pėdsakus, kurių tikimės, remdamiesi savo patirtimi su žemo dažnio grandinėmis.

Transmisijos linija
RF jungčių elgsena labai skiriasi nuo įprastų laidų, vedančių žemo dažnio signalus, elgesio - taip skiriasi, tiesą sakant, kad naudojama papildoma terminija: perdavimo linija yra kabelis (arba tiesiog laidininkų pora), kuris turi būti analizuojamas pagal aukšto dažnio signalo sklidimo charakteristikoms.

Pirmiausia paaiškinkime du dalykus:
Kabelis prieš pėdsaką
„Kabelis“ yra patogus, bet netikslus žodis šiame kontekste. Koaksialinis kabelis tikrai yra klasikinis perdavimo linijos pavyzdys, tačiau PCB pėdsakai taip pat veikia kaip perdavimo linijos. „Mikrostripo“ perdavimo liniją sudaro pėdsakas ir šalia esanti žemės plokštuma:

„Juodosios linijos“ perdavimo liniją sudaro PCB brėžinys ir dvi antžeminės plokštumos:




PCB perdavimo linijos yra ypač svarbios, nes jų charakteristikas tiesiogiai kontroliuoja dizaineris. Kai perkame laidą, jo fizinės savybės yra fiksuotos; mes tiesiog renkame reikiamą informaciją iš duomenų lapo. Išdėstę RF PCB, galime lengvai pritaikyti perdavimo linijos matmenis ir atitinkamai elektrines charakteristikas pagal programos poreikius.

Perdavimo linijos kriterijus
Ne kiekvienas aukšto dažnio tinklas yra perdavimo linija; šis terminas visų pirma reiškia signalo ir laido elektrinę sąveiką, o ne signalo dažnį ar fizines laido savybes. Taigi kada į analizę turime įtraukti perdavimo linijos efektus?

Bendra idėja yra ta, kad perdavimo linijos efektai tampa reikšmingi, kai linijos ilgis yra panašus ar didesnis už signalo bangos ilgį. Konkretesnė gairė yra ketvirtadalis bangos ilgio:

* Jei sujungimo ilgis yra mažesnis nei ketvirtadalis signalo bangos ilgio, perdavimo linijos analizė nėra būtina. Pats sujungimas nedaro didelės įtakos grandinės elektriniam elgesiui.

* Jei sujungimo ilgis yra didesnis nei ketvirtadalis signalo bangos ilgio, perdavimo linijos efektai tampa reikšmingi, todėl reikia atsižvelgti į paties sujungimo įtaką.

Prisiminkite, kad bangos ilgis yra lygus sklidimo greičiui, padalytam iš dažnio:

Jei darome prielaidą, kad sklidimo greitis yra 0.7 karto didesnis už šviesos greitį, turime šiuos bangos ilgius:


 

Atitinkamos perdavimo linijos slenksčiai yra šie:


 

Taigi labai žemų dažnių perdavimo linijos poveikis yra nereikšmingas. Jei tai yra vidutinis dažnis, reikia atsižvelgti tik į labai ilgus laidus. Tačiau 1 GHz dažniu PCB pėdsakai turi būti traktuojami kaip perdavimo linijos, o dažniui kylant į dešimtis gigahercų, perdavimo linijos tampa visur paplitusios.

Charakteristikos varža
Svarbiausia perdavimo linijos savybė yra būdinga varža (žymima Z0). Apskritai tai gana paprasta sąvoka, tačiau iš pradžių ji gali sukelti painiavą.

Pirma, pastaba dėl terminijos: „Pasipriešinimas“ reiškia pasipriešinimą bet kokiam srovės srautui; tai nepriklauso nuo dažnio. „Varža“ yra naudojama kintamosios srovės grandinėse ir dažnai reiškia atsparumą nuo dažnio. Tačiau kartais mes naudojame „varžą“ ten, kur teoriškai labiau tiktų „pasipriešinimas“; Pavyzdžiui, mes galime paminėti grynai varžinės grandinės „išėjimo varžą“.

Taigi svarbu aiškiai suprasti, ką turime omenyje „būdingą varžą“. Tai nėra signalo laidininko varža kabelio viduje - bendra charakteristika yra 50 dance varža, o trumpo laido 50 Ω nuolatinė varža būtų absurdiškai aukšta. Čia yra keletas svarbių punktų, kurie padeda išsiaiškinti būdingos varžos pobūdį:

Būdinga varža nustatoma pagal fizines perdavimo linijos savybes; bendraašio kabelio atveju tai yra vidinio skersmens (D1 žemiau pateiktoje schemoje), išorinio skersmens (D2) ir santykinio izoliacijos laidumo tarp vidinio ir išorinio laidininkų funkcija.

Būdinga varža nėra laido ilgio funkcija. Jo yra visur išilgai laido, nes jis atsiranda dėl kabeliui būdingos talpos ir induktyvumo.

 

Šioje diagramoje pavieniai induktoriai ir kondensatoriai naudojami pavaizduotai paskirstytai talpai ir induktyvumui, nuolatos esančiam per visą laido ilgį.
 

* Praktikoje perdavimo linijos varža esant nuolatinėms reikšmėms nėra svarbi, tačiau begalinio ilgio teorinė perdavimo linija charakterizuotų savo varžą net nuolatinės srovės šaltiniui, tokiam kaip akumuliatorius. Taip yra todėl, kad be galo ilga perdavimo linija amžinai imtų srovę bandydama įkrauti savo begalinį paskirstytosios talpos tiekimą, o akumuliatoriaus įtampos ir įkrovimo srovės santykis būtų lygus būdingai varža.

* Tipiška perdavimo linijos varža yra vien tik varžinė; fazių poslinkis neįvedamas, o visi signalo dažniai sklinda tuo pačiu greičiu.

 * Teoriškai tai pasakytina tik apie nuostolingas perdavimo linijas, ty perdavimo linijas, kurių laidumas lygus nuliui, o laidininkų varžos yra begalinės. Akivaizdu, kad tokių linijų nėra, tačiau linijų be nuostolių analizė yra pakankamai tiksli, kai taikoma realaus gyvenimo mažų nuostolių perdavimo linijoms.

Apmąstymai ir atitikimas
Perdavimo linijos varža nėra skirta apriboti srovės srautą taip, kaip įprastas rezistorius. Būdinga varža yra tiesiog neišvengiamas kabelio, sudaryto iš dviejų laidininkų iš arti, sąveikos rezultatas. Būdingos varžos svarba radijo dažnių projektavimo kontekste yra ta, kad dizaineris turi suderinti varžas, kad būtų išvengta atspindžių ir pasiektas maksimalus energijos perdavimas. Tai bus aptarta kitame puslapyje.

Santrauka

* Tarpusavio jungtis laikoma perdavimo linija, kai jos ilgis yra bent ketvirtadalis signalo bangos ilgio.

* Bendraašiai kabeliai paprastai naudojami kaip perdavimo linijos, nors PCB pėdsakai taip pat naudojami šiam tikslui. Dvi standartinės PCB perdavimo linijos yra mikrotraipa ir juostelė.

* PCB sujungimai paprastai yra trumpi, todėl jie nepasižymi perdavimo linijos elgsena tol, kol signalo dažnis artėja prie 1 GHz.

* Įtampos ir srovės santykis perdavimo linijoje vadinamas būdinga varža. Tai priklauso nuo fizinių kabelio savybių, nors jo ilgis neturi įtakos, o idealizuotoms (ty be nuostolių) linijoms jis yra visiškai atsparus.

Palik žinutę 

Žinučių sąrašas