დაწყვილება და გაჟონვა RF სისტემებში

რეალურ ცხოვრებაში RF სიგნალები

RF დიზაინი და ანალიზი მოითხოვს გაგება იმ რთული გზების შესახებ, რომლითაც მაღალი სიხშირის სიგნალები გადადიან რეალურ წრედში.

ცნობილია, რომ RF დიზაინი განსაკუთრებით რთული გამომწვევია ელექტროტექნიკის სხვადასხვა ქვედისციპლინებში. ამის ერთ – ერთი მიზეზი არის თეორიული ელექტრული სიგნალების და სიხშირე სინუსოიდული სიგნალების უკიდურესი შეუსაბამობა.

რაღაც ეტაპზე, ჩვენ ყველანი ვიგებთ, რომ იდეალიზებული კომპონენტები და მავთულები და სიგნალები, რომლებიც ნაპოვნია თეორიული წრის ანალიზში, სასარგებლოა რეალობის უაღრესად უზუსტესი მიახლოებით. კომპონენტებს აქვთ ტოლერანტობა და ტემპერატურის დამოკიდებულება და პარაზიტული ელემენტები; მავთულხლართებს აქვთ წინააღმდეგობა, ტევადობა და ინდუქცია; სიგნალებს ხმაური აქვთ. ამასთან, მრავალრიცხოვანი წარმატებული სქემები შემუშავებულია და ხორციელდება, თუ ამ მხედველობაში არ მიიღებენ ყურადღებას.

ეკვივალენტური მიკროსქემის მოდელი რეალური “კონდენსატორისთვის”; ძალიან მაღალი სიხშირით ის რეალურად იქცევა ინდუქტორად.

ეს შესაძლებელია, რადგან ამ დღეებში ამდენი სქემა მოიცავს ძირითადად სიხშირის ან ციფრულ სიგნალებს. დაბალი სიხშირის სისტემები გაცილებით ნაკლებად ექვემდებარება არაიდეალური სიგნალის და კომპონენტის ქცევას; შესაბამისად, დაბალი სიხშირის სქემები ტენდენციურად განსხვავდება ოპერაციიდან, რასაც თეორიული ანალიზის საფუძველზე ველოდებით. 

მაღალი სიხშირის ციფრული სისტემები უფრო მეტად ექვემდებარება არაიდეალურობას, მაგრამ ამ არამდგრადი მოქმედებების შედეგები, როგორც წესი, არ არის გამორჩეული, რადგან ციფრული კომუნიკაცია თანდაყოლილი ძლიერია. 

ციფრული სიგნალი შეიძლება განიცდიან მნიშვნელოვან დეგრადაციას, არაჰიდიალური წრედის ქცევის შედეგად, მაგრამ სანამ მიმღებმა შეძლოს სწორად განასხვავოს ლოგიკა მაღალი ლოგიკისგან დაბალი, სისტემა ინარჩუნებს სრულ ფუნქციონირებას.

RF სამყაროში, რა თქმა უნდა, სიგნალები არც ციფრულია და არც დაბალი სიხშირით. სიგნალის მოულოდნელი ქცევა ნორმად იქცევა, ხოლო შემცირებული სიგნალი – ხმაურის კოეფიციენტის ყველა დბ შეესაბამება შემცირებულ დიაპაზონს, ან აუდიოს დაბალ ხარისხს, ან გაზრდილი შეცდომის სიჩქარეს.

კაპიტალური დაწყვილება
აუცილებელია გვესმოდეს, რომ RF სიგნალები აბსოლუტურად არ შემოიფარგლება სავარაუდო გამტარობის გზებზე. ეს განსაკუთრებით ეხება ბეჭდური მიკროსქემის დაფების კონტექსტში, სადაც სხვადასხვა კვალს და კომპონენტებს ხშირად მცირე ფიზიკური განცალკევება აქვთ.

 

ტიპიური მიკროსქემის სქემა მოიცავს კომპონენტებს, მავთულხლართებს და მათ შორის ცარიელ ადგილს. ვარაუდობენ, რომ სიგნალები მავთულხლართებზე მოგზაურობენ და ცარიელ სივრცეში ვერ გაივლიან. სინამდვილეში, ეს ცარიელი ადგილები სავსეა კონდენსატორებით. ტევადობა იქმნება მაშინ, როდესაც ორი გამტარებელი გამოყოფილია საიზოლაციო მასალებით, უფრო მჭიდრო ფიზიკური სიახლოვე, რაც უფრო მაღალ ტევადობას შეესაბამება.

კონდენსატორები დაბლოკავს DC- ს და წარმოადგენენ მაღალი წინაღობას სიხშირის სიგნალების მიმართ. ამრიგად, ჩვენ შეგვიძლია, მეტ-ნაკლებად, უგულებელვყოთ მთელი ეს უნებლიე ტევადობა დაბალი სიხშირის დიზაინის ჭრილში. მაგრამ სიხშირე იზრდება წინაღობა. ძალიან მაღალი სიხშირით, PCB ივსება პარაზიტული ტევადობის მიერ წარმოქმნილი შედარებით დაბალტევადიანი გამტარობის ბილიკებით.

გამოსხივებული დაწყვილება
იდეალიზებულ სამყაროში, ყველა RF მოწყობილობას აქვს ერთი ანტენა. სინამდვილეში, ყველა დირიჟორი არის ანტენა იმ გაგებით, რომ მას შეუძლია გამოსხივება და მიიღოს ელექტრომაგნიტური გამოსხივება. ამრიგად, სხივური შეერთება უზრუნველყოფს სხვა საშუალებებს, რომლითაც RF სიგნალებს შეუძლიათ გაიარონ სავარაუდოდ არაგამტარ ცარიელ ადგილებში სქემატურ სიმბოლოებს შორის.

ჩვეულებრივ, ეს პრობლემა უფრო სერიოზული ხდება, როგორც სიხშირე იზრდება. ანტენა უფრო ეფექტურია, როდესაც მისი სიგრძე სიგნალის ტალღის მნიშვნელოვანი ნაწილია, და ამრიგად, PCB– ის კვალი (რომლებიც ჩვეულებრივ საკმაოდ მოკლეა) უფრო პრობლემურია, როდესაც მაღალი სიხშირეა.

ტერმინი "გამოსხივებული დაწყვილება" უფრო მიზანშეწონილია, როდესაც მხედველობაში გვაქვს შორეული ეფექტები, ანუ ელექტრომაგნიტური გამოსხივებით გამოწვეული ჩარევა, რომელიც არ არის ანტენის უშუალო მახლობლად. როდესაც გამოსხივება და მიმღები დირიჟორები გამოყოფილია დაახლოებით ერთ ტალღაზე ნაკლები სიგრძით, ურთიერთქმედება ხდება უახლოეს ველში. ამ ვითარებაში დომინირებს მაგნიტური ველი და, შესაბამისად, უფრო ზუსტი ტერმინია „ინდუქციური შეერთება“.

გაჟონვა
RF სიგნალი, რომელიც ჩართულია მიკროსქემის არასასურველ ნაწილებად, აღწერილია, როგორც "გაჟონვა". გაჟონვის კლასიკური მაგალითი მოცემულია შემდეგ დიაგრამაში:




ადგილობრივი oscillator (LO) სიგნალი იკვებება პირდაპირ მიქსერის LO შეყვანაში; ეს არის განზრახული გატარების გზა. ამავე დროს, სიგნალი აღმოაჩენს უნებლიე გამტარობის გზას და ახდენს მიქსერის სხვა შეყვანის პორტში გაჟონვას. იდენტური სიხშირის და ფაზის ორი სიგნალის შერევა DC ოფსეტში (ოფსეტსის სიდიდე მცირდება ნულისკენ, რადგან ფაზური განსხვავება უახლოვდება 90 ° ან –90 °). ეს DC ოფსეტური წარმოადგენს ძირითადი დიზაინის გამოწვევას მიმღების არქიტექტურასთან მიმართებაში, რომლებიც პირდაპირ გადის სიგნალის გადაცემას რადიო სიხშირედან ბაზის სიხშირეზე.

კიდევ ერთი გაჟონვის გზა არის მიქსერისგან დაბალი ხმაურის გამაძლიერებლის საშუალებით ანტენისკენ:


 

მაგრამ აქ არ ჩერდება; LO სიგნალი შეიძლება გამოსხივდეს ანტენის საშუალებით, რომელიც ასახულია გარეგანი ობიექტით, შემდეგ კი იმავე ანტენის მიერ მიღებული. ეს კვლავ წარმოქმნიდა თვითრეფორმას და შედეგად გამოიწვევს DC ოფსეტს, მაგრამ ამ შემთხვევაში კომპენსაცია უაღრესად არაპროგნოზირებადი იქნება - ოფსეტური ამპლიტუდა და პოლარობა გავლენას იქონიებს აისახება სიგნალის მუდმივად ცვალებად სიდიდესთან.

გადამცემები და მიმღები
კიდევ ერთი სიტუაცია, რაც იწვევს გაჟონვის პრობლემებს, არის ის, როდესაც RF მოწყობილობა მოიცავს როგორც მიმღებს, ასევე გადამცემს. გადამცემ ნაწილს აქვს ძალაუფლების გამაძლიერებელი, რომელიც შექმნილია ანტენაზე ძლიერი სიგნალის გასაგზავნად. მიმღების ნაწილი განკუთვნილია ძალიან მცირე ამპლიტუდის სიგნალების გასაუმჯობესებლად და განლაგებაზე. ასე რომ, გადამცემი უზრუნველყოფს მაღალ ენერგიას, ხოლო მიმღები უზრუნველყოფს მაღალ მგრძნობელობას.

თქვენ ალბათ ხედავთ, სად მიდის ეს. დაწყვილების გზას შეუძლია PA– ს გამოსასვლელის შეშვება მიმღებ ქსელში; თუნდაც მძლავრი შემცირების PA სიგნალმა შეიძლება გამოიწვიოს პრობლემები მგრძნობიარე მიმღების სქემისთვის.

მარტივი, დუპლექსი
ამ PA- მიმღების გაჟონვა შეშფოთებას იწვევს მხოლოდ მაშინ, როდესაც ცირკულარმა უნდა შეუწყოს ერთდროული გადაცემა და მიღება. სისტემას, რომელიც შედგება ორი ასეთი მოწყობილობისაგან - სახელწოდებით გადამცემი, რადგან მათ შეუძლიათ ფუნქციონირონ როგორც გადამცემები და მიმღები, მოხსენიებულია, როგორც სრული დუპლექსი. სრულ დუპლექსურ სისტემას საშუალებას აძლევს ერთდროული ორმხრივი კომუნიკაცია.

ნახევრად დუპლექსის სისტემა მხარს უჭერს მხოლოდ ერთდროულ ორმხრივ კომუნიკაციას, თუმცა ნახევრად დუპლექსის სისტემაში გამოყენებული მოწყობილობები კვლავ გადამცემი არიან, რადგან მათ შეუძლიათ გადაცემა და მიღება. ნახევრად დუპლექსური მოწყობილობებით, ჩვენ არ უნდა ვიდარდოთ PA- დან მიმღებამდე გაჟონვის გამო, რადგან მიღება ჯაჭვი აქტიური არ არის ტრანსმისიების დროს.

ცალმხრივი RF საკომუნიკაციო სისტემა მოიხსენიება, როგორც ”მარტივი”. ძალიან გავრცელებული მაგალითია AM ან FM მაუწყებლობა; სადგურის ანტენა გადასცემს, ხოლო მანქანის რადიო იღებს.

შემაჯამებელი

* რეალურ ცხოვრებაში ელექტრული სიგნალები და კომპონენტები უფრო რთულია პროგნოზირება და ანალიზი, ვიდრე მათი იდეალიზებული კოლეგები; ეს განსაკუთრებით ეხება მაღალი სიხშირის ანალოგურ სიგნალებს.

* RF სიგნალები ადვილად მიემგზავრებიან უნებლიე გამტარობის ბილიკებით, რომლებიც წარმოიქმნება capacitive დაწყვილება, გამოსხივებული შეერთება და ინდუქციური შეერთება.
* RF სიგნალების გადაადგილებას უნებლიე გამტარობის ბილიკებით უწოდებენ გაჟონვას.

* RF სისტემები შეიძლება დაიყოს სამ ზოგ კატეგორიად:

სრული დუპლექსი (ერთდროული ორმხრივი კომუნიკაცია)
ნახევრად დუპლექსი (ერთდროული ორმხრივი კომუნიკაცია)
Simplex (ცალმხრივი კომუნიკაცია)

დატოვე შეტყობინება 

შეტყობინება სია