Koppeling en lekkasie in RF-stelsels

Werklike RF-seine

RF-ontwerp en analise vereis begrip van die ingewikkelde maniere waarop hoëfrekwensie seine deur 'n werklike stroombaan beweeg.

RF-ontwerp is bekend dat dit veral uitdagend is tussen die verskillende subdissiplines van elektriese ingenieurswese. Een rede hiervoor is die uiterste teenstrydigheid tussen teoretiese elektriese seine en hoëfrekwensie sinusvormige seine.

Op 'n sekere punt begin ons almal besef dat die geïdealiseerde komponente en drade en seine wat in teoretiese stroombaananalise voorkom, nuttig is, hoewel baie onakkurate benaderings van die werklikheid. Komponente het toleransies en temperatuurafhanklikheid en parasitiese elemente; drade het weerstand, kapasitansie en induktansie; seine het geraas. Verskeie suksesvolle stroombane is egter ontwerp en geïmplementeer, met weinig of geen oorweging vir hierdie nie-ongunstighede.

Die ekwivalente stroombaanmodel vir 'n regte “kapasitor”; by baie hoë frekwensies gedra dit eintlik soos 'n induktor.

Dit is moontlik omdat soveel stroombane deesdae hoofsaaklik lae frekwensie of digitale seine behels. Lae-frekwensie stelsels is baie minder onderhewig aan nie-sigbare sein- en komponentgedrag; gevolglik is lae-frekwensie-stroombane geneig om baie minder af te wyk van die werking wat ons verwag op grond van teoretiese ontleding. 

Hoëfrekwensie-digitale stelsels is meer onderhewig aan ongeoorloofdhede, maar die gevolge van hierdie nie-onwelvoegdhede is meestal nie prominent nie omdat digitale kommunikasie inherent sterk is. 

'N Digitale sein kan aansienlike agteruitgang ervaar as gevolg van gedrag wat nie in die kringbaan is nie, maar solank die ontvanger die logika nog steeds korrek van die lae logika kan onderskei, handhaaf die stelsel volle funksionaliteit.

In die RF-wêreld is seine natuurlik nie digitaal of van lae frekwensie nie. Onverwagte seingedrag word die norm, en elke dB van 'n verminderde sein-tot-ruis-verhouding stem ooreen met die verminderde omvang, of laer klank kwaliteit, of verhoogde bitsfout.

Kapasitiewe koppeling
Dit is noodsaaklik om te verstaan ​​dat RF-seine hulself absoluut nie tot die beoogde geleidingspaaie beperk nie. Dit geld veral in die konteks van gedrukte stroombane, waar die verskillende spore en komponente dikwels weinig fisiese skeiding het.

 

'N Tipiese kringdiagram bestaan ​​uit komponente, drade en die leë ruimte tussenin. Die veronderstelling is dat seine langs drade beweeg en nie deur die leë ruimte kan gaan nie. In werklikheid is die leë ruimtes egter vol kapasitors. Kapasitansie word gevorm wanneer twee geleiers deur 'n isolerende materiaal van mekaar geskei word, met 'n nouer fisiese nabyheid wat ooreenstem met die hoër kapasitansie.

Kondensators blokkeer GS en bied 'n hoë impedansie vir lae frekwensie seine. Ons kan dus min of meer al hierdie onbedoelde kapasitansie in die konteks van lae frekwensie-ontwerp ignoreer. Maar impedansie neem af namate frekwensie toeneem; by baie hoë frekwensies is 'n PCB gevul met relatiewe lae-impedansie geleidingspaaie wat deur parasitiese kapasitansie geskep word.

Uitgestraalde koppeling
In die geïdealiseerde wêreld het elke RF-toestel een antenna. In werklikheid is elke geleier 'n antenne in die sin dat hy in staat is om elektromagnetiese straling uit te stuur en te ontvang. Uitgestraalde koppeling bied dus 'n ander manier waardeur RF-seine deur die sogenaamde nie-geleidende leë ruimtes tussen skematiese simbole kan beweeg.

Soos gewoonlik word hierdie probleem ernstiger namate frekwensie toeneem. 'N Antenne is meer effektief as die lengte van die seingolflengte beduidend is, en PCB-spore (wat gewoonlik redelik kort is) is meer problematies as daar hoë frekwensies aanwesig is.

Die term "uitgestraalde koppeling" is meer gepas as daar verwys word na ver-veld-effekte, dws interferensie wat veroorsaak word deur elektromagnetiese straling wat nie in die onmiddellike omgewing van die antenna is nie. As die geleiers wat vrygelaat en ontvang word met minder as ongeveer een golflengte geskei word, vind die wisselwerking in die nabye veld plaas. In hierdie situasie oorheers die magneetveld, en gevolglik is die meer akkurate term 'induktiewe koppeling'.

lekkasie
'N RF-sein wat in ongewenste gedeeltes van 'n stroombaan gekoppel word, word beskryf as "lek." 'N Klassieke voorbeeld van lekkasie word in die volgende diagram uitgebeeld:




Die plaaslike ossillator (LO) sein word direk na die LO-ingang van die menger gevoer; dit is die opsetlike geleidingspad. Terselfdertyd vind die sein 'n onbedoelde geleidingspad en slaag dit daarin om in die ander invoerpoort van die menger te lek. Deur twee seine van dieselfde frekwensie en fase te meng, lei dit tot 'n GS-offset (die grootte van die offset neem af na nul namate die faseverskil 90 ° of –90 ° nader). Hierdie DC-offset vorm 'n groot ontwerpuitdaging ten opsigte van ontvanger-argitekture wat die insetsein direk vanaf die radiofrekwensie na die basisbandfrekwensie vertaal.

'N Ander lekkasie is vanaf 'n menger deur 'n lae-geraasversterker na die antenna:


 

Maar dit stop nie daar nie; die LO-sein kan deur die antenna uitgestraal word, deur 'n eksterne voorwerp gereflekteer word, en dan deur dieselfde antenna ontvang word. Dit sal weer selfmenging en die gevolglike DC-offset veroorsaak, maar in hierdie geval sou die offset baie onvoorspelbaar wees - die amplitude en polariteit van die offset sal beïnvloed word deur die voortdurend veranderende grootte van die gereflekteerde sein.

Senders en ontvangers
'N Ander situasie wat lei tot lekkasieprobleme is wanneer 'n RF-toestel sowel 'n ontvanger as 'n sender insluit. Die sendergedeelte het 'n drywingsversterker wat ontwerp is om 'n sterk sein na die antenna te stuur. Die ontvangergedeelte is ontwerp om seine van baie klein amplitude te versterk en te demoduleer. Dus het die sender 'n hoë krag, en die ontvanger sorg vir 'n hoë sensitiwiteit.

U kan waarskynlik sien waarheen dit gaan. 'N Skakelpad kan die PA-uitset in die ontvangsketting lek; selfs 'n sterk verswakte PA-sein kan probleme vir die sensitiewe ontvangerskringloop veroorsaak.

Simpleks, dupleks
Hierdie lekkasie van die PA-na-ontvanger is slegs 'n bron van kommer as die stroombaan gelyktydige transmissie en ontvangs moet ondersteun. 'N Stelsel wat bestaan ​​uit twee sulke toestelle, genaamd transceivers, omdat dit as senders en ontvangers kan funksioneer, word die volledige dupleks genoem. 'N Volledige dupleksstelsel maak gelyktydige tweerigtingkommunikasie moontlik.

'N Halfdupleksstelsel ondersteun slegs nie-gelyktydige tweerigtingkommunikasie, hoewel die toestelle wat in 'n halfdupleksstelsel gebruik word, steeds sendborde is omdat dit kan stuur en ontvang. Met halfdubbele toestelle hoef ons nie bekommerd te wees oor die lekkasie van die PA na die ontvanger nie, omdat die ontvangsketting nie aktief is tydens transmissies nie.

'N Eenrigting RF-kommunikasiestelsel word' simplex 'genoem. 'N Baie algemene voorbeeld is AM- of FM-uitsending; die antenna van die stasie stuur, en die motorradio ontvang.

Opsomming

* Elektriese seine en komponente uit die werklike lewe is moeiliker om te voorspel en te ontleed as hul geïdealiseerde eweknieë; dit geld veral vir hoëfrekwensie analoogseine.

* RF-seine beweeg maklik deur onbedoelde geleidingspaaie wat geskep word deur kapasitiewe koppeling, uitgestraalde koppeling en induktiewe koppeling.
* Die beweging van RF-seine deur onbedoelde geleidingspaaie word lekkasies genoem.

* RF-stelsels kan in drie algemene kategorieë verdeel word:

volledige dupleks (gelyktydige tweerigtingkommunikasie)
half dupleks (nie-gelyktydige tweerigtingkommunikasie)
simplex (eenrigtingkommunikasie)

Los 'n boodskap 

boodskap Lys