50 Ω კითხვა: წინსვლის შესაბამისობა RF დიზაინში

რეალურ ცხოვრებაში RF სიგნალები
წინამორბედის შესატყვისი RF დიზაინის და ტესტირების ფუნდამენტური ასპექტია; არასწორად დასაბუთებული წინაღობებით გამოწვეული სიგნალის ანარეკლამ შეიძლება სერიოზული პრობლემები გამოიწვიოს.

შესატყვისი, როგორც ჩანს, ტრივიალური სავარჯიშოა, როდესაც საქმე გაქვთ იდეალურ წყაროსთან, გადამცემი ხაზით და დატვირთვით, რომელიც შედგება თეორიული წრისგან.

დავუშვათ, რომ დატვირთვის წინაღობა ფიქსირდება. ყველაფერი რაც ჩვენ უნდა გავაკეთოთ არის ის, რომ მოიცავს ZL– ს ტოლი წყაროს წინაღობა (ZS) და შემდეგ შევადგინოთ გადამცემი ხაზი ისე, რომ მისი დამახასიათებელი წინაღობა (Z0) ასევე ტოლი იყოს ZL.

მოდით განვიხილოთ ამ სქემის განხორციელების სირთულე მთელ რთულ RF მიკროსქემში, რომელიც შედგება მრავალი პასიური კომპონენტისგან და ინტეგრირებული სქემისგან. RF დიზაინის პროცესი სერიოზულად არასასურველი იქნებოდა, თუ ინჟინრებს ყველა კომპონენტის შეცვლა და ყველა მიკროტრავმის განზომილება მიუთითებდნენ ყველა იმ მიკროტრასტის ზომების მიხედვით, რომელიც შეირჩა ყველა იმ დანარჩენის საფუძველს, რომელიც შეირჩა.

ასევე, ეს ვარაუდობს, რომ პროექტი უკვე მიაღწია PCB ეტაპზე. რა მოხდება, თუ გვინდა სისტემის შემოწმება და დახასიათება დისკრეტული მოდულების გამოყენებით, გამორთული კაბელებით, როგორც ურთიერთკავშირები? შეუსაბამო წინაღობების კომპენსაცია ამ გარემოებებში კიდევ უფრო არაპრაქტიკულია.

გამოსავალი მარტივია: შეარჩიეთ სტანდარტიზებული წინაღობა, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას მრავალ RF სისტემაში, და უზრუნველყოთ კომპონენტები და კაბელები შესაბამისი დიზაინის შესაბამისად. ეს წინაღობა შეირჩა; დანაყოფი არის ohms, ხოლო ნომერი 50.

ორმოცდაათი ომი
პირველი რაც უნდა გვესმოდეს, არის ის, რომ არსებითად განსაკუთრებული არაფერია 50 Ω წინაღობასთან დაკავშირებით. ეს არ წარმოადგენს სამყაროს ფუნდამენტურ მუდმივობას, თუმცა შეიძლება შეგექმნათ შთაბეჭდილება, რომ ეს არის თუ თქვენ ხარჯავთ საკმარის დროს RF ინჟინრების გარშემო. ეს არ არის ელექტრული ინჟინერიის ფუნდამენტური მუდმივიც კი. მაგალითად, გახსოვდეთ, რომ კოაქსიალური კაბელის ფიზიკური განზომილებების შეცვლა შეცვლის დამახასიათებელ წინაღობას.

მიუხედავად ამისა, 50 Ω წინაღობა ძალიან მნიშვნელოვანია, რადგან ეს არის წინაღობა, რომლის გარშემოც შექმნილია RF სისტემების უმეტესობა. ძნელია იმის დადგენა, თუ რატომ გახდა 50 Ω გახდა სტანდარტიზებული RF წინაღობა, მაგრამ გონივრულია ვივარაუდოთ, რომ 50 Ω აღმოჩნდა კარგი კომპრომისი ადრეული კოაქსიალური კაბელების კონტექსტში.

რა თქმა უნდა, მნიშვნელოვანი საკითხი არ არის კონკრეტული ღირებულების წარმოშობა, არამედ ამ სტანდარტიზებული წინაღობის არსებობის სარგებელი. კარგად მოქცეული დიზაინის მიღწევა ძალიან მარტივია, რადგან IC– ების, ფიქსირებული შემსუბუქების, ანტენების და სხვ .– ს მწარმოებლებს შეუძლიათ თავიანთი ნაწილების აშენება ამ წინაღობის გათვალისწინებით. ასევე, PCB– ის განლაგება უფრო მარტივია, რადგან ამდენი ინჟინრისთვის ერთი და იგივე მიზანი აქვთ, კერძოდ, შეიმუშაონ მიკროტრასები და ზოლებით, რომლებსაც აქვთ დამახასიათებელი წინაღობა 50 Ω.

ანალოგური მოწყობილობებისგან ამ აპლიკაციის შენიშვნის თანახმად, თქვენ შეგიძლიათ შექმნათ 50 Ω მიკროტრავმული შემდეგნაირად: 1-უნცია სპილენძი, 20 მილი სიგრძის კვალი, კვალი და გრუნტის სიბრტყეს შორის 10 მილიანი განცალკევება (თუ სავარაუდოდ FR-4 დიელექტრიკია).
 
სანამ გადავალთ, ცხადია, რომ ყველა მაღალი სიხშირის სისტემა ან კომპონენტი არ არის გათვლილი 50 Ω. სხვა ფასეულობების არჩევა შეიძლება, ხოლო სინამდვილეში 75 Ω წინაღობა მაინც არის საერთო. კოაქსიალური კაბელის დამახასიათებელი წინაღობა პროპორციულია გარე დიამეტრის (D2) თანაფარდობის ბუნებრივ ლოგთან შიდა დიამეტრთან (D1).


 

ეს ნიშნავს, რომ უფრო მეტი გამიჯვნა შინაგან დირიჟორსა და გარე გამტარობას შორის უფრო მაღალ წინაღობას შეესაბამება. ორ დირიჟორს შორის უფრო დიდი განცალკევება ასევე იწვევს ქვედა ტევადობას. 

ამრიგად, 75 Ω კოაქსს აქვს უფრო დაბალი ტევადობა, ვიდრე 50 Ω კოაქსი, და ეს 75 Ω კაბელს უფრო შესაფერისი გახდება მაღალი სიხშირის ციფრული სიგნალებისთვის, რომლებიც საჭიროებენ დაბალი ტევადობას, რათა არ მოხდეს მაღალი სიხშირის შინაარსის გადაჭარბებული შემცირება, რაც დაკავშირებულია სწრაფ გადასვლებს შორის. ლოგიკა დაბალი და ლოგიკა მაღალი.

ასახვის კოეფიციენტი
იმის გათვალისწინებით, თუ რამდენად მნიშვნელოვანია impedance შესაბამისობა RF დიზაინში, გასაკვირი არ უნდა ვიყოთ, რომ არსებობს კონკრეტული პარამეტრი, რომელიც გამოიყენება მატჩის ხარისხის გამოსახატავად. მას ეწოდება ასახვის კოეფიციენტი; სიმბოლოა Γ (ბერძნული ასო გამა). ეს არის ასახული ტალღის რთული ამპლიტუდის თანაფარდობა ინციდენტის ტალღის რთული ამპლიტუდის მიმართ. 

ამასთან, ინციდენტის ტალღასა და ასახულ ტალღს შორის ურთიერთობა განისაზღვრება წყაროს (ZS) და დატვირთვის (ZL) იმპანტანტებთან და, შესაბამისად, ამ ანაზღაურების კოეფიციენტის განსაზღვრა შესაძლებელია ამ წინაღობების შესაბამისად:

 

თუ ამ შემთხვევაში "წყარო" გადამცემი ხაზია, ჩვენ შეგვიძლია შეცვალოთ ZS- ზე Z0- მდე.



ტიპურ სისტემაში, ასახვის კოეფიციენტის სიდიდეა რიცხვი ნულსა და ერთს შორის. მოდით შევხედოთ მათემატიკურად მარტივ სიტუაციას, რათა დაგვეხმაროთ გვესმოდეს, თუ როგორ ასახავს ასახვის კოეფიციენტი რეალურ წრიულ ქცევას:

* თუ მატჩი შესანიშნავია (ZL = Z0), მრიცხველი ნულის ტოლია, და ამრიგად ასახვის კოეფიციენტი ნულია. ეს აზრი იმის გამო ხდება, რომ სრულყოფილად შესატყვისი შედეგი არ ასახავს.

* თუ დატვირთვის წინაღობა უსაზღვროა (ე.ი. ღია წრე), ამრეკლის კოეფიციენტი უსასრულობას იყოფა უსასრულობასთან, რომელიც არის ერთი. ერთი ასახვის კოეფიციენტი შეესაბამება სრულ ანარეკლს, ანუ აისახება ტალღის ენერგია. ეს აზრი იმის გამო ხდება, რომ ღია წრედთან დაკავშირებული გადამცემი ხაზი შეესაბამება სრულ შეუსაბამობას (იხ. წინა გვერდი) - დატვირთვა ვერ შეიწოვს ენერგიას, ასე რომ, ეს ყველაფერი უნდა აისახოს.

* თუ დატვირთვის წინაღობა ნულის ტოლია (ანუ მოკლე ჩართვა), ამრეკლავი კოეფიციენტის სიდიდე ხდება Z0– ზე დაყოფილია Z0– ით. ამრიგად, ჩვენ კვლავ გვაქვს | Γ | = 1, რაც აზრი აქვს იმის გამო, რომ მოკლე ჩართვა ასევე შეესაბამება სრულ შეუსაბამობას, რომელსაც არ შეუძლია შთანთქას რაიმე ინციდენტის ტალღის ენერგია.

VSWR
წინამორბედის შესატყვისის აღსაწერად კიდევ ერთი პარამეტრი არის ძაბვის მუდმივი ტალღის კოეფიციენტი (VSWR). ეს განსაზღვრულია შემდეგნაირად:

VSWR მიემართება წინაღობის შესაბამისობას, მდგომი ტალღის პერსპექტივიდან. იგი გადმოსცემს უმაღლესი მუდმივი ტალღის ამპლიტუდის თანაფარდობას ყველაზე დაბალ ტალღოვან ამპლიტუდაზე. ეს ვიდეო დაგეხმარებათ გაამყაროთ ურთიერთდაკავშირება წინაღობის წინააღმდეგობასა და მდგომი ტალღის ამპლიტუდის მახასიათებლებს შორის, შემდეგ დიაგრამაში მოცემულია მუდმივი ტალღის ამპლიტუდის მახასიათებლები სამ ანარეკლორულ კოეფიციენტზე.




უფრო მეტი წინამორბედი შეუსაბამობა იწვევს უფრო მაღალი განსხვავება სიმაღლეზე ამპლიტუდის და ყველაზე დაბალი ამპლიტუდის ადგილებს შორის მდგომი ტალღის გასწვრივ. სურათი გამოიყენა ინტერფერომეტრისტის თავაზიანობამ.
 
VSWR ჩვეულებრივ გამოხატულია, როგორც რაციონი. შესანიშნავი მატჩი იქნება 1: 1, რაც იმას ნიშნავს, რომ სიგნალის მწვერლის ამპლიტუდა ყოველთვის ერთნაირია (ე.ი. არ არსებობს მდგომი ტალღა). თანაფარდობა 2: 1 მიუთითებს, რომ ანარეკლებმა გამოიწვია მდგარი ტალღა მაქსიმალური ამპლიტუდით, რაც მისი მინიმალური ამპლიტუდის ორჯერ მეტია.

შემაჯამებელი
* სტანდარტიზებული წინაღობის გამოყენება RF დიზაინს ბევრად უფრო პრაქტიკულ და ეფექტურს ხდის.

* RF სისტემების უმეტესობა აშენებულია დაახლოებით 50 Ω წინაღობასთან. ზოგი სისტემა იყენებს 75 Ω; ეს უკანასკნელი მნიშვნელობა უფრო მიზანშეწონილია მაღალსიჩქარიანი ციფრული სიგნალებისთვის.

* წინაღობის მატჩის ხარისხი მათემატიკურად შეიძლება გამოითქვას ასახვის კოეფიციენტით (Γ). სრულყოფილი მატჩი შეესაბამება Γ = 0, ხოლო სრული შეუსაბამობა (რომელშიც მთელი ენერგია აისახება) შეესაბამება Γ = 1.

* წინაღობის მატჩის ხარისხის გასაზომად კიდევ ერთი გზაა ძაბვის მუდმივი ტალღის რაციონი (VSWR).

დატოვე შეტყობინება 

შეტყობინება სია