Linja e Transmisionit dhe RF

Sinjale RF me jetë të vërtetë
Ndërlidhjet me frekuencë të lartë kërkojnë konsideratë të veçantë sepse ato shpesh sillen jo si tela të zakonshëm por më shumë si linja transmetimi.

Në sistemet me frekuencë të ulët, përbërësit janë të lidhur me tela ose gjurmë PCB. Rezistenca e këtyre elementëve përcjellës është mjaft e ulët për të qenë e papërfillshme në shumicën e situatave.

Ky aspekt i hartimit dhe analizës së qarkut ndryshon në mënyrë dramatike ndërsa rritet frekuenca. Sinjalet RF nuk udhëtojnë përgjatë telave ose gjurmëve të PCB në mënyrë të drejtpërdrejtë që presim në bazë të përvojës sonë me qarqet me frekuencë të ulët.

Linja e Transmisionit
Sjellja e ndërlidhjeve RF është shumë e ndryshme nga ajo e telave të zakonshëm që mbajnë sinjale me frekuencë të ulët — kaq të ndryshme, në të vërtetë, që përdoret terminologji shtesë: një linjë transmetimi është një kabllo (ose thjesht një palë përcjellës) që duhet të analizohet sipas te karakteristikat e përhapjes së sinjalit me frekuencë të lartë.

Së pari, le të sqarojmë dy gjëra:
Kabllo kundrejt gjurmëve
“Kablloja” është një fjalë e përshtatshme por e pasaktë në këtë kontekst. Kablloja koaksiale është sigurisht një shembull klasik i një linje transmetimi, por gjurmët e PCB funksionojnë gjithashtu si linja transmetimi. Linja e transmetimit "mikrostrip" përbëhet nga një gjurmë dhe një aeroplan afër tokës, si më poshtë:

Linja e transmetimit "vija e shiritit" përbëhet nga një gjurmë PCB dhe dy aeroplanet tokësore:




Linjat e transmetimit PCB janë veçanërisht të rëndësishme sepse karakteristikat e tyre kontrollohen direkt nga projektuesi. Kur blejmë një kabllo, vetitë e tij fizike janë fikse; ne thjesht mbledhim informacionin e nevojshëm nga fleta e të dhënave. Kur vendosim një PCB RF, ne lehtë mund të rregullojmë dimensionet — dhe kështu karakteristikat elektrike — të linjës së transmetimit sipas nevojave të aplikacionit.

Kriteri i linjës së transmetimit
Jo çdo ndërlidhje me frekuencë të lartë është një linjë transmetimi; ky term i referohet kryesisht ndërveprimit elektrik midis sinjalit dhe kabllit, jo frekuencës së sinjalit ose karakteristikave fizike të kabllit. Atëherë, kur duhet të përfshijmë efektet e linjës së transmetimit në analizën tonë?

Ideja e përgjithshme është se efektet e linjës së transmetimit bëhen të rëndësishme kur gjatësia e linjës është e krahasueshme ose më e madhe se gjatësia e valës së sinjalit. Një udhëzim më specifik është një e katërta e gjatësisë së valës:

* Nëse gjatësia e ndërlidhjes është më pak se një e katërta e gjatësisë së valës së sinjalit, analiza e linjës së transmetimit nuk është e nevojshme. Ndërlidhja në vetvete nuk ndikon ndjeshëm në sjelljen elektrike të qarkut.

* Nëse gjatësia e ndërlidhjes është më e madhe se një e katërta e gjatësisë së valës së sinjalit, efektet e linjës së transmetimit bëhen të rëndësishme, dhe ndikimi i vetë ndërlidhjes duhet të merret parasysh.

Kujtoni që gjatësia e valës është e barabartë me shpejtësinë e përhapjes të ndarë sipas frekuencës:

Nëse supozojmë një shpejtësi përhapjeje prej 0.7 herë shpejtësinë e dritës, kemi këto gjatësi vale:


 

Pragat përkatëse të linjës së transmetimit janë këto:


 

Pra, për frekuencat shumë të ulëta, efektet e linjës së transmetimit janë të papërfillshme. Për frekuencat e mesme, vetëm kabllot shumë të gjatë kërkojnë konsideratë të veçantë. Sidoqoftë, në 1 GHz shumë gjurmë të PCB-së duhet të trajtohen si linja transmetimi, dhe ndërsa frekuencat ngjiten në dhjetëra gigahertz, linjat e transmetimit bëhen të kudogjendura.

Pengesa karakteristike
Prona më e rëndësishme e një linje transmetimi është rezistenca karakteristike (e shënuar nga Z0). Në përgjithësi, ky është një koncept mjaft i drejtpërdrejtë, por fillimisht ai mund të shkaktojë konfuzion.

Së pari, një shënim mbi terminologjinë: "Rezistenca" i referohet kundërshtimit të çdo rrjedhë të rrymës; nuk varet nga frekuenca. "Impedance" përdoret në kontekstin e qarqeve AC dhe shpesh i referohet një rezistence të varur nga frekuenca. Sidoqoftë, ne ndonjëherë përdorim "rezistencë" kur "rezistenca" teorikisht do të ishte më e përshtatshme; për shembull, mund t'i referohemi "rezistencës së daljes" së qarkut thjesht rezistent.

Kështu, është e rëndësishme të kemi një ide të qartë se çfarë nënkuptojmë me "rezistencë karakteristike". Nuk është rezistenca e përcjellësit të sinjalit brenda kabllit — një rezistencë karakteristike e zakonshme është 50 Ω, dhe një rezistencë DC prej 50 Ω për një kabllo të shkurtër do të ishte absurdisht e lartë. Këtu janë disa pika të dukshme që ndihmojnë për të sqaruar natyrën e rezistencës karakteristike:

Impedanca karakteristike përcaktohet nga vetitë fizike të linjës së transmetimit; në rastin e një kabllo koaksiale, është një funksion i diametrit të brendshëm (D1 në diagramin më poshtë), diametri i jashtëm (D2) dhe lejueshmëria relative e izolimit midis përçuesve të brendshëm dhe të jashtëm.

Impedanca karakteristike nuk është një funksion i gjatësisë së kabllove. Shtë i pranishëm kudo përgjatë kabllit, sepse rezulton nga kapaciteti dhe induktiviteti i qenësishëm i kabllit.

 

Në këtë diagram, induktorët dhe kondensatorët individualë përdoren për të përfaqësuar kapacitetin dhe induksionin e shpërndarë që është vazhdimisht i pranishëm përgjatë gjithë gjatësisë së kabllit.
 

* Në praktikë, rezistenca e një linje transmetimi nuk është e rëndësishme në DC, por një linjë transmetimi teorike me gjatësi të pafund do të paraqiste rezistencën e saj karakteristike edhe për një burim DC siç është një bateri. Ky është rasti sepse linja e transmetimit pafundësisht e gjatë do të tërheqë përgjithmonë rrymë në një përpjekje për të ngarkuar furnizimin e saj të pafund të kapacitetit të shpërndarë, dhe raporti i tensionit të baterisë ndaj rrymës së karikimit do të ishte i barabartë me rezistencën karakteristike.

* Impedanca karakteristike e një linje transmetimi është thjesht rezistente; asnjë futje fazore nuk është futur, dhe të gjitha frekuencat e sinjalit përhapen me të njëjtën shpejtësi.

 * Teorikisht kjo është e vërtetë vetëm për linjat e transmetimit pa humbje - d.m.th., linjat e transmetimit që kanë rezistencë zero përgjatë përcjellësve dhe rezistencë të pafundme ndërmjet përcjellësve. Natyrisht që linja të tilla nuk ekzistojnë, por analiza e linjës së humbjes është mjaft e saktë kur aplikohet në linjat e transmetimit me humbje të ulët në jetën reale.

Reflektime dhe përputhen
Impedanca e një linje transmetimi nuk ka për qëllim të kufizojë rrjedhën e tanishme në atë mënyrë që do të bënte një rezistencë e zakonshme. Impedanca karakteristike është thjesht një rezultat i pashmangshëm i bashkëveprimit midis një kabllo të përbërë nga dy përcjellës në afërsi. Rëndësia e rezistencës karakteristike në kontekstin e modelimit RF qëndron në faktin se projektuesi duhet të përputhet me impedancat në mënyrë që të parandalojë reflektimet dhe të arrijë transferimin maksimal të energjisë. Kjo do të diskutohet në faqen tjetër.

përmbledhje

* Një ndërlidhje konsiderohet një linjë transmetimi kur gjatësia e saj është të paktën një e katërta e gjatësisë së valës së sinjalit.

* Kabllot koaksiale zakonisht përdoren si linja transmetimi, megjithëse gjurmët e PCB gjithashtu i shërbejnë këtij qëllimi. Dy linja standarde të transmetimit PCB janë mikrostripi dhe vija e shiritit.

* Ndërlidhjet PCB janë tipike të shkurtra, dhe për pasojë ato nuk shfaqin sjellje të linjës së transmetimit derisa frekuencat e sinjalit të afrohen 1 GHz.

* Raporti i tensionit në rrymë në një linjë transmetimi quhet rezistencë karakteristike. Shtë një funksion i vetive fizike të kabllit, megjithëse nuk ndikohet nga gjatësia, dhe për linjat e idealizuara (d.m.th., pa humbje) është thjesht rezistent.

Lini një mesazh 

Lista mesazh