RF-transmissie: regulasies, interferensie en kragoordrag

Die elektromagnetiese spektrum
Lees hoe u die maksimum drywing van u versterker na u antenna kan oordra, en hoe u hierdie drywing kan skat met behulp van 'n ossilloskoop.

'N Belangrike eienskap van RF-tegnologie is die volgende: dit is relatief maklik vir een persoon om die draadlose kommunikasie van 'n ander persoon te belemmer of selfs verder te vernietig. Radiogolwe beweeg deur die lug en is beskikbaar vir almal, ook diegene wat - opsetlik of per ongeluk - seine uitstuur wat as interferensie beskryf kan word.

Eerstens is dit belangrik om te verstaan ​​dat u die radioseine wat reeds oorgedra is, nie kan “vernietig” of “beskadig” nie. Die effek van interferensie kan nietemin gelykstaande wees aan die vernietiging van 'n oorspronklike sein, omdat dit die ontvanger se vermoë om die belangrike inligting wat in hierdie sein vervat is, in die gedrang te bring. Met ander woorde, die inligting is nog steeds aanwesig, maar ten opsigte van 'n spesifieke ontvanger is dit in die praktyk opgehou om te bestaan.

Storing is 'n konstante uitdaging in RF-ontwerp, en die verspreiding van draadlose toestelle maak die situasie nie eenvoudiger nie. Daar is verskillende maniere om 'n stelsel bestand teen interferensie te maak, en dit sal later in die handboek bespreek word. Die meeste van hierdie interferensie is bloot te wyte aan die feit dat toestelle wat nie kommunikeer nie, dikwels soortgelyke drafrekwensies moet gebruik.

Daar is egter ook iets soos doelbewuste inmenging. Dit word vasgelê; die doel is om 'n sein uit te saai wat op een of ander manier ander draadlose stelsels verhinder om suksesvolle kommunikasie te behou. Opknapping is 'n belangrike taktiek in moderne oorlogvoering, en in die daaglikse lewe is dit 'n oorlas (of erger) en is heeltemal onwettig.

 

Regulasies
Dit kan aanvanklik vreemd lyk dat die regering draadlose uitsendings sou reguleer - kan ons regtig wette oplê op iets wat so ontasbaar is as elektromagnetiese straling? Maar die voorbeeld wat vasgevang is, maak dit duidelik dat die afwesigheid van regulasies tot ernstige probleme lei. Streng organisasie is nodig om te verseker dat die gebied van EMR nie agteruitgaan in 'n chaotiese horde van inmengende seine nie.

In die Verenigde State val die taak om orde te handhaaf in die wêreld van draadlose kommunikasie by die Federal Communications Commission (FCC). Privaat en openbare organisasies wat 'n deel van die elektromagnetiese spektrum wil benut, moet toestemming van die FCC verkry; hierdie toestemming word 'n lisensie genoem. Daar is uitsonderings op stelsels wat beperk is in omvang en dus onwaarskynlik 'n groot steuring kan veroorsaak.

Max Power
As u belangstel in (wettige) lisensie-vrye radio-uitsendings, moet u weet wat u krag is. Selfs as die amptelike regulasies aangebied word in terme van effektiewe reikafstand of ander metrieke, moet u in staat wees om die uitsendingsvermoë te bepaal wat in hierdie situasies as aanvaarbaar beskou word - en dit is makliker om te skat as om die stelsel se reikwydte akkuraat te meet veldsterkte op 'n sekere afstand van die antenna.

Hierdie plot gee veldsterkte-limiete (vir 'n spesifieke reeks frekwensies) gebaseer op die FCC se “Deel 15” -reëls. Prent aangepas uit Digi-Key
 
In RF en alle ander soorte elektriese stroombane is die drywing wat deur 'n komponent versprei word, gelyk aan die spanning oor daardie komponent vermenigvuldig met die stroom wat deur die komponent vloei. U kan aan 'n antenna dink as bloot 'n geleier en dus as iets met baie min weerstand. 

Dit is waar dat 'n geleier baie lae weerstand teen DC kan hê, maar by hoër frekwensies het 'n antenna aansienlike hoeveelhede invoerimpedansie. Ons stel belang in die impedansie van die antenna by die spesifieke frekwensies wat ons gebruik om ons RF-sein te stuur; ons benodig hierdie inligting om die hoeveelheid krag wat aan die antenna gelewer word, te skat.

Spanningsoordrag vs. kragoordrag
In 'n tipiese digitale of analoog stroombaan wil ons nie hê dat 'n draad- of PCB-spoor 'n weerstand van 50 Ω het nie. Dit lyk soos 'n baie hoë weerstand teen iets wat as geleier beskryf word. 

Maar ons moet onthou dat ons in lae-frekwensie-stroombane tipies in spanning-oordrag belangstel, dit wil sê, ons wil verseker dat die spanning by 'n insetpen so na as moontlik aan die spanning by die voorafgaande uitsetpen is. Om 'n goeie spanningsoordrag te bewerkstellig, benodig ons 'n lae uitsetimpedansie, lae geleidingsimpedansie en hoë invoerimpedansie.

In die uitsetfase van 'n RF-sender (of 'n klankversterker) is die doel egter kragoordrag. Ons wil nie net spanning van een toestel na 'n ander skuif nie; ons wil 'n beduidende stroom hê wat deur die antenna vloei, sodat dit baie elektriese energie het wat omgeskakel kan word in uitgestraalde elektromagnetiese energie.

Maksimum kragoordrag vind plaas wanneer die grootte van die lasimpedansie gelyk is aan die grootte van die bronimpedansie.

Soos u kan sien, is die beurtkrag (PL) maksimum wanneer RL = RS. Let egter daarop dat doeltreffendheid (η) steeds verder styg. Maksimum kragoordrag stem nie ooreen met die maksimum doeltreffendheid nie.
 
In RF-stroombane sal die uitgangsfase van die versterker (en die transmissielyn wat die versterker aan die antenna verbind) dikwels impedansie van 50 have hê, en die antenna-impedansie moet dus ook 50 Ω wees om maksimum kragoordrag te verseker. ('N Ander belangrike onderwerp hier is "bypassende netwerke", wat gebruik word om die impedansie-aanpassing tussen 'n versterker en 'n antenna te verbeter; dit sal later in die handboek bespreek word.)

Skatskrag
Die voorafgaande bespreking verduidelik waarom ons 'n RF-uitsetstadium kan ontleed deur die drywingsversterker aan 'n 50 Ω ossilloskoop-inset te koppel: die meeste RF-stelsels is gebou rondom 50 Ω impedansies, en u benodig dus meestal 'n 50 Ω antenne-impedansie.

Natuurlik, as u die relevante spanning- en impedansie-eienskappe van u stroombaan ken, kan u die krag wat aan die antenna gelewer word, eenvoudig bereken. 'N SPICE-simulator is 'n ander effektiewe benadering. Maar as hierdie tegnieke nie onder u omstandighede prakties is nie, of as u empiriese verifikasie wil hê, moet u metingstoerusting gebruik.

As u 'n spektrumanaliseerder het, gebruik dit in alle opsigte. Dit is ontwerp om presies hierdie soort inligting te verskaf. As u nie 'n spektrumanaliseerder het nie, kan u 'n ossilloskoop gebruik. Kyk na die RMS-spanning van die sein met behulp van 'n 50 Ω omvanginvoer en bereken die drywing as V2 / R, waar R = 50 Ω.

Opsomming

* Elektromagnetiese transmissie word noukeurig gereguleer om probleme wat verband hou met onbedoelde steuring te verminder. Opsetlike inmenging, wat bekend staan ​​as stoor, is onwettig in die konteks van die burgerlike lewe.

* In die Verenigde State moet transmissietoestelle oor die algemeen gelisensieer word deur die FCC.

* Lisensievrye werking is moontlik onder sekere voorwaardes wat verband hou met beperkte stuurkrag.

* Om die maksimum oordrag van elektriese krag van 'n versterker na 'n antenna te bereik, moet die grootte van die uitgangsimpedansie van die versterker ooreenstem met die grootte van die antenna se invoerimpedansie.

* Oordragkrag kan bepaal word deur wiskundige analise of SPICE-simulasie. Dit kan ook empiries geskat word met behulp van 'n spektrumanaliseerder of 'n ossilloskoop.

Los 'n boodskap 

boodskap Lys