Разбирање на рефлексиите и постојаните бранови во дизајнирањето на RF коло

RF сигнали од реалниот живот
Дизајнот на високо-фреквенциско коло мора да смета за два важни, иако малку мистериозни феномени: рефлексии и постојани бранови.

Од нашето изложување на другите гранки на науката знаеме дека брановите се поврзани со посебни видови на однесување. Светлосните бранови се рафинираат кога се движат од еден медиум (како што е воздухот) во различен медиум (како стакло). 

Водените бранови се распаѓаат кога наидуваат на чамци или големи карпи. Звучните бранови се мешаат, што резултира во периодични варијации на волуменот (наречени „удари“).

Електричните бранови исто така подлежат на однесување што обично не ги поврзуваме со електрични сигнали. Општ недостаток на запознавање со бранот карактер на електрична енергија не е изненадувачки, затоа што во бројни кола овие ефекти се занемарливи или непостоечки. 

Можно е дигитален или аналоген инженер со ниска фреквенција да работи со години и да дизајнира многу успешни системи, без притоа да стекне темелно разбирање на ефектите од брановите кои стануваат истакнати во кола со висока фреквенција.

Како што беше дискутирано на претходната страница, интерконекцијата што е предмет на специјално високо-фреквентно однесување на сигналот се нарекува далекувод. Ефектите на преносот се значајни само кога должината на интерконекцијата е најмалку една четвртина од брановата должина; на тој начин, не треба да се грижиме за својствата на брановите, освен ако работиме со високи фреквенции или многу долги меѓусебно поврзани.

Одраз
Рефлексија, рефракција, дифракција, мешање - сите овие класични бранови однесувања се однесуваат на електромагнетно зрачење. 

Но, во овој момент ние сè уште се занимаваме со електрични сигнали, т.е. сигнали кои се уште не се претворени од антената во електромагнетно зрачење и, следствено, ние треба само да се занимаваме со две од овие: рефлексија и мешање.

Ние генерално мислиме на електричен сигнал како еднонасочен феномен; патува од излез на една компонента до влез на друга компонента или со други зборови, од извор до товар. Меѓутоа, во дизајнот на РФ, секогаш мора да бидеме свесни за фактот дека сигналите можат да патуваат во двата правци: од извор до товар, секако, но и - заради рефлексија - од оптоварување до извор.

Бранот што патува по низата искустваcе одраз кога достигнува физичка бариера.

Аналогија на бран на вода
Рефлексиите се случуваат кога бран наидува на дисконтинуитет. Замислете дека невремето резултираше во ширење на големи бранови на вода низ нормално мирно пристаниште. Овие бранови на крајот се судираат со цврст карпест ид. Интуитивно знаеме дека овие бранови ќе отсликаат од карпестиот wallид и ќе се пропагираат во пристаништето. Сепак, ние исто така интуитивно знаеме дека брановите на вода што се пробиваат на плажа ретко ќе резултираат во значителен одраз на енергијата што се враќа во океанот. Зошто разликата?

Брановите пренесуваат енергија. Кога водните бранови се шират низ отворена вода, оваа енергија едноставно се движи. Кога бранот достигнува дисконтинуитет, непречено движење на енергијата е прекинато; во случај на плажа или карпест wallид, размножувањето на бран повеќе не е можно. 

Но, што се случува со енергијата што ја пренесуваше бранот? Не може да исчезне; мора да биде или апсорбирана или рефлектирана. Камениот wallид не ја апсорбира енергијата на бранот, така се појавува рефлексија - енергијата продолжува да се шири во форма на бранови, но во спротивна насока. Плажата, сепак, овозможува бранската енергија да се расипува на постепено и природно. Плажата ја апсорбира енергијата на бранот, а со тоа се појавува минимален одраз.

Од вода до електрони
Електричните кола, исто така, претставуваат дисконтинуитети кои влијаат на размножувањето на брановите; во овој контекст, критичен параметар е импеданса. Замислете електричен бран што минува низ далекуводот; ова е еквивалентно на водниот бран во средина на океанот. 

Бранот и неговата поврзана енергија непречено се шират од извор до товар. Меѓутоа, на крајот, електричниот бран ја достигнува својата дестинација: антена, засилувач итн.

Од претходната страница знаеме дека максималниот пренос на моќност се јавува кога големината на импедансата на оптоварување е еднаква на големината на импедансата на изворот. (Во овој контекст, „изворната импеданса“ може да се однесува и на карактеристичната импеданса на далноводот.) 

Со исти импеданса, навистина нема дисконтинуитет, бидејќи товарот може да ја апсорбира целата енергија на бранот. Но, ако импедансите не се совпаѓаат, се апсорбира само дел од енергијата, а преостанатата енергија се рефлектира во форма на електричен бран што патува во спротивна насока.

Количината на рефлектирана енергија е под влијание на сериозноста на неусогласеноста помеѓу импедансата на изворот и оптоварувањето. Двете сценарија во најлош случај се отворено коло и краток спој, што соодветствуваат на бесконечна импеданса на оптоварување и нулта импеданса на товар, соодветно. 

Овие два случаи претставуваат целосна дисконтинуитет; ниту една енергија не може да се апсорбира, и следствено на тоа, целата енергија се рефлектира.

Важноста на појавување
Ако дури сте биле вклучени во РФ дизајн или тестирање, знаете дека совпаѓањето на импеданса е вообичаена тема на дискусија. Сега разбираме дека импедансите мора да се совпаднат за да се спречат размислувања, но зошто толку многу да се грижиме за размислувањата?

Првиот проблем е едноставно ефикасност. Ако имаме засилувач поврзан на антена, не сакаме половина од излезната моќност да се рефлектира на засилувачот. 

Целата поента е да се генерира електрична енергија што може да се претвори во електромагнетно зрачење. Во принцип, сакаме да ја пренесеме моќта од извор во товар, а тоа значи дека рефлексиите мора да се минимизираат.

Второто издание е малку посуптилно. Континуиран сигнал пренесен преку далекуводот до несоодветна импеданса на оптоварување ќе резултира во континуиран рефлектиран сигнал. Овие инциденти и рефлектирани бранови минуваат едни со други, оди во спротивни насоки. Интерференцијата резултира во постојан бран, т.е. неподвижна бранова шема еднаква на збирот на инцидентот и рефлектираните бранови. 

Овој постојан бран навистина создава варијации на врв-амплитуда по физичката должина на кабелот; одредени локации имаат поголема амплитуда на врв, а на други локации има амплитудна долна врвка.

Постојаните бранови резултираат со напони кои се повисоки од оригиналниот напон на пренесениот сигнал, а во некои случаи ефектот е доволно силен за да предизвика физичко оштетување на каблите или компонентите.

Резиме

* Електричните бранови подлежат на рефлексија и мешање.

* Водените бранови се рефлектираат кога ќе достигнат физичка опструкција, како што е камен wallид. Слично на тоа, електричното рефлексија се јавува кога AC сигналот наидува на дисконтинуитет на импеданса.

* Можеме да спречиме рефлексија со совпаѓање на импедансата на товарот со карактеристичната импеданса на далекуводот. Ова му овозможува на товарот да ја апсорбира енергијата на бранот.

* Рефлексиите се проблематични затоа што ја намалуваат количината на моќ што може да се пренесе од извор во товар.

* Рефлексиите исто така водат до постојани бранови; високо-амплитудните делови на постојан бран можат да ги оштетат компонентите или каблите.

Остави порака 

Список со пораки