Pyetja 50 Ω: Përputhja e Përparësisë në Dizajnin RF

Sinjale RF me jetë të vërtetë
Përputhja e rezistencës është një aspekt themelor i modelimit dhe testimit të RF; pasqyrimet e sinjalit të shkaktuara nga rezistencat e gabuara mund të çojnë në probleme serioze.

Përputhja duket si një ushtrim i parëndësishëm kur keni të bëni me një qark teorik të përbërë nga një burim ideal, një linjë transmetimi dhe një ngarkesë.

Le të supozojmë se rezistenca e ngarkesës është fikse. E tëra që duhet të bëjmë është të përfshijmë një rezistencë burimore (ZS) të barabartë me ZL dhe më pas të hartojmë linjën e transmetimit në mënyrë që impedanca e tij karakteristike (Z0) të jetë gjithashtu e barabartë me ZL.

Por le të shqyrtojmë për një moment vështirësinë e zbatimit të kësaj skeme në të gjithë një qark kompleks RF të përbërë nga shumë përbërës pasivë dhe qarqe të integruara. Procesi i projektimit RF do të ishte seriozisht i padurueshëm nëse inxhinierët duhet të modifikojnë çdo përbërës dhe të specifikojnë dimensionet e çdo mikrostripi sipas asaj impedance të zgjedhur si bazë për të gjithë të tjerët.

Gjithashtu, kjo supozon se projekti tashmë ka arritur fazën e PCB. Po sikur të duam të testojmë dhe karakterizojmë një sistem duke përdorur module diskrete, me kabllo jashtë raftit si ndërlidhje? Kompensimi për pengesat e papërshtatshme është edhe më praktike në këto rrethana.

Zgjidhja është e thjeshtë: zgjidhni një rezistencë të standardizuar që mund të përdoret në shumë sisteme RF, dhe sigurohuni që përbërësit dhe kabllot të jenë hartuar në përputhje me rrethanat. Kjo rezistencë është zgjedhur; njësia është ohms, dhe numri është 50.

Pesëdhjetë Ohms
Gjëja e parë për të kuptuar është se nuk ka asgjë thelbësisht të veçantë për një impedancë 50 Ω. Kjo nuk është një konstante themelore e universit, megjithëse mund të merrni përshtypjen se është nëse kaloni kohë të mjaftueshme rreth inxhinierëve RF. Nuk është as një konstantë themelore e inxhinierisë elektrike - mos harroni, për shembull, që thjesht ndryshimi i dimensioneve fizike të një kabllo koaksiale do të ndryshojë impedancën karakteristike.

Sidoqoftë, impedanca 50 Ω është shumë e rëndësishme, sepse është rezistenca rreth së cilës janë dizajnuar shumica e sistemeve RF. Shtë e vështirë të përcaktohet saktësisht pse 50 Ω u bë rezistencë e standardizuar RF, por është e arsyeshme të supozohet se 50 Ω u gjet se ishte një kompromis i mirë në kontekstin e kabllove koaksiale të hershme.

Theështja e rëndësishme, natyrisht, nuk është origjina e vlerës specifike, por përkundrazi përfitimet e të pasurit kësaj impedance të standardizuar. Arritja e një modeli të përputhur është shumë më e thjeshtë sepse prodhuesit e SHK-ve, zbutësit fikse, antenat, etj., Mund të ndërtojnë pjesët e tyre me këtë mendje në mendje. Gjithashtu, paraqitja e PCB bëhet më e drejtpërdrejtë sepse kaq shumë inxhinierë kanë të njëjtin qëllim, domethënë, të hartojnë mikrostripa dhe striplina që kanë një rezistencë karakteristike prej 50 Ω.

Sipas kësaj shënimi të aplikacionit nga Pajisjet Analog, ju mund të krijoni një mikrostrip prej 50 Ω si më poshtë: bakër 1-ons, gjurmë 20 mil-gjërë, ndarje 10 milësh midis gjurmës dhe aeroplanit tokësor (duke supozuar dielektrik FR-4).
 
Para se të vazhdojmë më tej, le të jemi të qartë se jo çdo sistem ose përbërës i frekuencës së lartë është i dizajnuar për 50 Ω. Mund të zgjidhen vlera të tjera, dhe në të vërtetë 75 O rezistenca është ω akoma e zakonshme. Impedanca karakteristike e një kabllo koaksiale është në përpjesëtim me logun natyror të raportit të diametrit të jashtëm (D2) me diametrin e brendshëm (D1).


 

Kjo do të thotë që më shumë ndarje ndërmjet përcjellësit të brendshëm dhe përcjellësit të jashtëm korrespondojnë me një rezistencë më të lartë. Ndarja më e madhe midis dy përçuesve gjithashtu çon në kapacitet më të ulët. 

Kështu, 75 Ω boshti ka kapacitet më të ulët se 50 Ω të boshtit, dhe kjo e bën 75 kabllo Ω më të përshtatshme për sinjalet dixhitale me frekuencë të lartë, të cilat kërkojnë kapacitet të ulët në mënyrë që të shmangen dobësimi i tepërt i përmbajtjes me frekuencë të lartë që shoqërohet me tranzicionet e shpejta ndërmjet logjikë e ulët dhe logjikë e lartë.

Koeficienti i reflektimit
Duke marrë parasysh se sa e rëndësishme është përputhja e rezistencës në modelin RF, nuk duhet të çuditemi kur zbulojmë se ekziston një parametër specifik që përdoret për të shprehur cilësinë e një ndeshje. Quhet koeficient reflektimi; simboli është Γ (gama e shkronjës së madhe greke). Shtë raporti i amplituda komplekse e valës së pasqyruar me amplituda komplekse të valës së incidentit. 

Sidoqoftë, marrëdhënia midis valës së incidentit dhe valës së pasqyruar përcaktohet nga impedancat e burimit (ZS) dhe ngarkesës (ZL), dhe kështu është e mundur të përcaktohet koeficienti i reflektimit për sa i përket këtyre pengesave:

 

Nëse "burimi" në këtë rast është një linjë transmetimi, ne mund ta ndryshojmë ZS në Z0.



Në një sistem tipik, madhësia e koeficientit të reflektimit është një numër midis zero dhe një. Le të shohim tre situata të drejtpërdrejta matematikisht për të na ndihmuar të kuptojmë se si koeficienti i reflektimit korrespondon me sjelljen aktuale të qarkut:

* Nëse ndeshja është e përsosur (ZL = Z0), numëruesi është zero, dhe kështu koeficienti i reflektimit është zero. Kjo ka kuptim sepse përputhja e përsosur nuk sjell asnjë reflektim.

* Nëse impedanca e ngarkesës është e pafund (p.sh., një qark i hapur), koeficienti i reflektimit bëhet pafundësi i ndarë me pafundësinë, që është një. Një koeficient reflektimi i një korrespondon me reflektimin e plotë, d.m.th., reflektohet e gjithë energjia e valës. Kjo ka kuptim sepse një linjë transmetimi e lidhur me një qark të hapur korrespondon me një ndërprerje të plotë (shiko faqen e mëparshme) - ngarkesa nuk mund të thithë asnjë energji, kështu që duhet të reflektohet.

* Nëse impedanca e ngarkesës është zero (d.m.th., një qark i shkurtër), madhësia e koeficientit të reflektimit bëhet Z0 e ndarë me Z0. Kështu kemi përsëri | Γ | = 1, që ka kuptim sepse një qark i shkurtër gjithashtu korrespondon me një shkëputje të plotë që nuk mund të thithë asnjë nga energjinë e valës së incidentit.

VSWR
Një tjetër parametër i përdorur për të përshkruar përputhjen e rezistencës është raporti i valës në këmbë të tensionit (VSWR). Përcaktohet si më poshtë:

VSWR i afrohet impedancës që përputhet nga perspektiva e valës në këmbë që rezulton. Përcjell raportin e amplituda më të lartë të valës në këmbë me amplititetin e valës më të ulët në këmbë. Kjo video mund t'ju ndihmojë të imagjinoni marrëdhëniet midis mospërputhjes së rezistencës dhe karakteristikave të amplituda të valës në këmbë, dhe diagrami i mëposhtëm përcjell karakteristika të amplituda të valës në këmbë për tre koeficientë të ndryshëm reflektimi.




Një mospërputhje më e madhe e rezistencës çon në një ndryshim më të madh midis vendndodhjeve më të larta dhe amplituda më të ulët përgjatë valës në këmbë. Imazhi i përdorur mirësjelljen e Interferometrist.
 
VSWR shprehet zakonisht si raport. Një ndeshje e përsosur do të ishte 1: 1, që do të thotë se amplituda kulmore e sinjalit është gjithmonë e njëjtë (d.m.th., nuk ka valë në këmbë). Një raport prej 2: 1 tregon që reflektimet kanë rezultuar në një valë në këmbë me një amplitudë maksimale që është dy herë më e madhe se amplituda e saj minimale.

përmbledhje
* Përdorimi i një impedance të standardizuar e bën modelin RF shumë më praktik dhe efikas.

* Shumica e sistemeve RF janë ndërtuar rreth 50 Ω rezistencë. Disa sisteme përdorin 75 Ω; kjo vlerë e fundit është më e përshtatshme për sinjalet dixhitale me shpejtësi të lartë.

* Cilësia e një ndeshjeje të rezistencës mund të shprehet në mënyrë matematikore nga koeficienti i reflektimit (Γ). Një ndeshje e përsosur korrespondon me Γ = 0, dhe një ndërprerje e plotë (në të cilën reflektohet e gjithë energjia) korrespondon me Γ = 1.

* Një mënyrë tjetër për të kuantifikuar cilësinë e një ndeshje të rezistencës është raporti i valës në këmbë (VSWR).

Lini një mesazh 

Lista mesazh