გადამცემი ხაზი და RF

რეალურ ცხოვრებაში RF სიგნალები
მაღალი სიხშირის ურთიერთკავშირი მოითხოვს განსაკუთრებულ ყურადღებას, რადგან ისინი ხშირად იქცევიან არა როგორც ჩვეულებრივი მავთულები, არამედ როგორც გადამცემი ხაზები.

დაბალი სიხშირის სისტემებში, კომპონენტები უკავშირდება მავთულს ან PCB კვალს. ამ გამტარ ელემენტთა წინააღმდეგობა საკმარისად დაბალია, რომ უმეტესი სიტუაციებში უმნიშვნელო იყოს.

მიკროსქემის დიზაინისა და ანალიზის ეს ასპექტი მკვეთრად იცვლება, როგორც სიხშირე იზრდება. RF სიგნალები არ მიემართება მავთულხლართების ან PCB- ის კვალის გასწვრივ ისე მარტივად, რომლებსაც ველით ჩვენი გამოცდილების საფუძველზე დაბალი სიხშირის სქემით.

გადამცემი ხაზი
RF ურთიერთკავშირების ქცევა ძალიან განსხვავდება ჩვეულებრივი სადენებისგან, რომლებიც ახდენენ დაბალი სიხშირის სიგნალებს - იმდენად განსხვავებულია, რომ, ფაქტობრივად, დამატებითი ტერმინოლოგია გამოიყენება: გადამცემი ხაზი არის კაბელი (ან უბრალოდ დირიჟორის წყვილი), რომელიც უნდა გაანალიზდეს სიხშირის სიგნალის გამრავლების მახასიათებლებამდე.

ჯერ განვიხილოთ ორი რამ:
საკაბელო წინააღმდეგ კვალი
"საკაბელო" არის მოსახერხებელი, მაგრამ უტყუარი სიტყვა ამ კონტექსტში. კოაქსიალური კაბელი, რა თქმა უნდა, გადამცემი ხაზის კლასიკური მაგალითია, მაგრამ PCB- ის კვალი ასევე ფუნქციონირებს, როგორც გადამცემი ხაზები. "მიკროსტრიპის" გადამცემი ხაზის შემადგენლობაში შედის კვალი და მიმდებარე მიწის თვითმფრინავი, შემდეგი რედაქციით:

"ზოლიანი" გადამცემი ხაზის შემადგენლობაში შედის PCB კვალი და ორი მიწის თვითმფრინავი:




PCB გადამცემი ხაზები განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია, რადგან მათი მახასიათებლები უშუალოდ აკონტროლებს დიზაინერს. როდესაც ჩვენ ვყიდულობთ კაბელს, მისი ფიზიკური თვისებები ფიქსირდება; ჩვენ უბრალოდ ვაგროვებთ საჭირო ინფორმაციას მონაცემთა ცხრილიდან. RF PCB- ის განლაგებისას, ჩვენ მარტივად შეგვიძლია გადავიდეთ ხაზის ზომები და, შესაბამისად, ელექტრული მახასიათებლები, პროგრამის საჭიროების შესაბამისად.

გადამცემი ხაზის კრიტერიუმი
ყველა მაღალი სიხშირის ურთიერთკავშირში არ არის გადამცემი ხაზი; ეს ტერმინი ძირითადად ეხება სიგნალსა და კაბელს შორის არსებულ ელექტრულ ურთიერთქმედებას და არა სიგნალის სიხშირეს ან კაბელის ფიზიკურ მახასიათებლებს. მაშ, როდის უნდა გავითვალისწინოთ გადამცემი ხაზის ეფექტები ჩვენს ანალიზში?

ზოგადი მოსაზრებაა, რომ გადამცემი ხაზის ეფექტები მნიშვნელოვანი ხდება, როდესაც ხაზის სიგრძე შედარებით ან უფრო მეტია, ვიდრე სიგნალის ტალღის სიგრძეზე. უფრო სპეციფიკური სახელმძღვანელო არის ტალღის სიგრძის ერთი მეოთხედი:

* თუ ურთიერთკავშირის სიგრძე სიგნალის ტალღის სიგრძის ერთ მეოთხედზე ნაკლებია, გადამცემი ხაზის ანალიზი საჭირო არ არის. თავად ურთიერთკავშირი მნიშვნელოვნად არ მოქმედებს მიკროსქემის ელექტრულ ქცევაზე.

* თუ ურთიერთდაკავშირების სიგრძე სიგნალის ტალღის სიგრძის ერთ მეოთხედზე მეტია, გადამცემი ხაზის ეფექტები მნიშვნელოვანი გახდება, ამასთან, მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული ურთიერთკავშირის გავლენა.

შეგახსენებთ, რომ ტალღის სიგრძე ტოლია გამრავლების სიჩქარეზე, რომელიც დაყოფილია სიხშირით:

თუ ვივარაუებთ გამრავლების სიჩქარეს 0.7-ჯერ მეტი სიჩქარით, ჩვენ გვაქვს შემდეგი ტალღების სიგრძე:


 

გადამცემი ხაზის შესაბამისი ბარიერები შემდეგია:


 

ასე რომ, ძალიან დაბალი სიხშირეებისთვის გადამცემი ხაზის ეფექტები უმნიშვნელოა. საშუალო სიხშირეებისთვის, მხოლოდ ძალიან გრძელი კაბელები განსაკუთრებულ ყურადღებას მოითხოვს. ამასთან, 1 გიგაჰერციან დროს ბევრი PCB– ს კვალი უნდა მოექცეს როგორც გადამცემი ხაზს, ხოლო სიხშირეების ათეულ გიგაჰერციდში ხვდება, გადამცემი ხაზები ხშირია.

დამახასიათებელი წინაღობა
გადამცემი ხაზის ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისება არის დამახასიათებელი წინაღობა (აღინიშნება Z0). მთლიანობაში ეს საკმაოდ მარტივია კონცეფცია, მაგრამ თავდაპირველად შეიძლება გამოიწვიოს დაბნეულობა.

პირველი, შენიშვნა ტერმინოლოგიის შესახებ: ”წინააღმდეგობა” გულისხმობს წინააღმდეგობის გაწევას ნებისმიერი დინების დინებასთან; ეს არ არის დამოკიდებული სიხშირეზე. "წინაღობა" გამოიყენება AC სქემების კონტექსტში და ხშირად ეხება სიხშირეზე დამოკიდებულ წინააღმდეგობას. ამასთან, ზოგჯერ ჩვენ ვიყენებთ ”წინაღობას”, სადაც თეორიულად ”წინააღმდეგობა” უფრო მიზანშეწონილი იქნებოდა; მაგალითად, შეიძლება აღვნიშნოთ წმინდა რეზისტენტული წრის „გამომავალი წინაღობა“.

ამრიგად, აუცილებელია გვქონდეს მკაფიო წარმოდგენა იმაზე, თუ რას ვგულისხმობთ „დამახასიათებელ წინაღობას“. ეს არ არის სიგნალის გამტარის წინააღმდეგობა საკაბელო შიგნით - საერთო დამახასიათებელი წინაღობაა 50 Ω, ხოლო მოკლე კაბელისთვის 50 Ω DC წინააღმდეგობის გაწევა აბსურდულად მაღალი იქნება. აქ მოცემულია რამდენიმე მნიშვნელოვანი პუნქტი, რომელიც ხელს შეუწყობს დამახასიათებელი წინაღობის ბუნების გარკვევას:

დამახასიათებელი წინაღობა განისაზღვრება გადამცემი ხაზის ფიზიკური თვისებებით; კოაქსიალური კაბელის შემთხვევაში, ეს არის შიდა დიამეტრის ფუნქცია (D1 ქვემოთ მოცემულ დიაგრამაში), გარე დიამეტრი (D2) და იზოლაციის შედარებით დაშვება შიდა და გარე გამტარებლებს შორის.

დამახასიათებელი წინაღობა არ არის საკაბელო სიგრძის ფუნქცია. იგი ყველგან არის კაბელის გასწვრივ, რადგან ეს გამოწვეულია კაბელის თანდაყოლილი ტევადობისა და ინდუქციის შედეგად.

 

ამ დიაგრამაში ინდივიდუალური ინდუქტორები და კონდენსატორები გამოიყენება განაწილებული ტევადობისა და ინდუქციის შესასრულებლად, რომელიც მუდმივად გვხვდება საკაბელო სიგრძის განმავლობაში.
 

* პრაქტიკაში, გადამცემი ხაზის წინაღობა არ არის მნიშვნელოვანი DC- ში, მაგრამ უსასრულო სიგრძის თეორიული გადამცემი ხაზი მის დამახასიათებელ წინაღობას წარმოაჩენს თუნდაც DC წყაროზე, როგორიცაა ბატარეა. ეს არის შემთხვევა იმის გამო, რომ უსასრულოდ გრძელი გადამცემი ხაზი მუდმივად ხვდება დინებას, განაწილებული სიმძლავრის უსასრულო მიწოდების დატენვის მცდელობაში, ხოლო ბატარეის ძაბვის შეფარდება დატენვის დენზე თანაბარი იქნება დამახასიათებელი წინაღობისთვის.

* გადამცემი ხაზის დამახასიათებელი წინაღობა არის უბრალოდ რეზისტენტული; არ ხდება ფაზის ცვლა და ყველა სიგნალის სიხშირე პროპაგანდა ხდება იმავე სისწრაფით.

 თეორიულად ეს ეხება მხოლოდ გადამცემი ხაზების დაკარგვას, მაგ. გადამცემ ხაზებს, რომლებსაც აქვთ ნულოვანი წინააღმდეგობა დირიჟორის გასწვრივ და დირიჟორებს შორის უსაზღვრო წინააღმდეგობა აქვთ. ცხადია, ასეთი ხაზები არ არსებობს, მაგრამ ზარალის ანალიზები საკმარისად ზუსტია, როდესაც გამოიყენება რეალურ ცხოვრებაში დაბალი დანაკარგების გადამცემ ხაზებზე.

ანარეკლები და შესაბამისი
გადამცემი ხაზის წინაღობა არ არის გამიზნული, რომ შეზღუდავს მიმდინარე დინება ისე, როგორც ამას ჩვეულებრივ რეზისტორს უწევს. დამახასიათებელი წინაღობა უბრალოდ გარდაუვალი შედეგია კაბელს შორის ურთიერთქმედების სიახლოვეს. დამახასიათებელი წინაღობის მნიშვნელობა RF დიზაინის კონტექსტში მდგომარეობს იმაში, რომ დიზაინერმა უნდა შეესაბამებოდეს წინაღობებს, რათა თავიდან აიცილოს ასახვა და მიაღწიოს ენერგიის მაქსიმალურ გადაცემას. ეს განიხილება შემდეგ გვერდზე.

შემაჯამებელი

* ურთიერთკავშირი ითვლება გადამცემი ხაზად, როდესაც მისი სიგრძე სიგნალის ტალღის სიგრძის არანაკლებ ერთი მეოთხედია.

* კოაქსიალური კაბელები ჩვეულებრივ გამოიყენება როგორც გადამცემი ხაზები, თუმცა PCB- ის კვალი ასევე ემსახურება ამ მიზანს. PCB გადამცემი ხაზის ორი სტანდარტული ხაზია მიკროშრიანი და ზოლიანი ზოლი.

* PCB ურთიერთკავშირი, როგორც წესი, მოკლეა და, შესაბამისად, ისინი არ აჩვენებენ გადამცემი ხაზის ქცევას, სანამ სიგნალის სიხშირეები 1 გჰც-მდე მიუახლოვდება.

* ძაბვის თანაფარდობა ელექტროგადამცემი ხაზში, ახასიათებს წინაღობას. ეს არის საკაბელო ფიზიკური თვისებების ფუნქცია, თუმცა იგი არ იმოქმედებს სიგრძეზე, ხოლო იდეალიზებული (ე.ი. დაკარგვა) ხაზებისთვის ის არის უბრალოდ რეზისტენტული.

დატოვე შეტყობინება 

შეტყობინება სია