Transmissielyn en RF

Werklike RF-seine
Hoëfrekwensie-interkonneksies moet veral oorweeg word omdat hulle dikwels nie as gewone drade optree nie, maar eerder as transmissielyne.

In lae-frekwensie stelsels word komponente met drade of PCB-spore verbind. Hierdie geleidende elemente se weerstand is laag genoeg om in die meeste situasies weglaatbaar te wees.

Hierdie aspek van kringontwerp en analise verander dramaties namate frekwensie toeneem. RF-seine beweeg nie met drade of PCB-spore op die eenvoudige manier wat ons verwag nie, gebaseer op ons ervaring met lae frekwensie-stroombane.

Die transmissielyn
Die gedrag van RF-interkonneksies verskil baie van die van gewone drade wat lae-frekwensie seine dra - so anders dat daar bykomende terminologie gebruik word: 'n transmissielyn is 'n kabel (of bloot 'n paar geleiers) wat geanaliseer moet word volgens volgens die eienskappe van hoëfrekwensie seine-voortplanting.

Laat ons eers twee dinge uitklaar:
Kabel teen spoor
'Kabel' is 'n gerieflike maar onbenullige woord in hierdie konteks. Die koaksiale kabel is beslis 'n klassieke voorbeeld van 'n transmissielyn, maar PCB-spore funksioneer ook as transmissielyne. Die "mikrostrook" transmissielyn bestaan ​​uit 'n spoor en 'n nabygeleë grondvlak, soos volg:

Die “streeplyn” transmissielyn bestaan ​​uit 'n PCB-spoor en twee grondvlakke:




PCB transmissielyne is veral belangrik omdat hul eienskappe direk deur die ontwerper beheer word. As ons 'n kabel koop, is die fisiese eienskappe daarvan vas; ons versamel eenvoudig die nodige inligting vanaf die datablad. Wanneer ons 'n RF PCB uitlê, kan ons die afmetings - en dus ook die elektriese eienskappe - van die transmissielyn maklik aanpas volgens die behoeftes van die toepassing.

Die kriteria vir die transmissielyn
Nie elke hoëfrekwensie-interkonneksie is 'n transmissielyn nie; hierdie term verwys hoofsaaklik na die elektriese interaksie tussen sein en kabel, nie na die frekwensie van die sein of die fisiese eienskappe van die kabel nie. Wanneer moet ons dus transmissie-lyn-effekte in ons ontleding inkorporeer?

Die algemene idee is dat transmissielyneffekte betekenisvol word as die lengte van die lyn vergelykbaar is met of groter is as die golflengte van die sein. 'N Meer spesifieke riglyn is 'n vierde van die golflengte:

* As die lengte van die verbindingsverbinding minder as een kwart van die seingolflengte is, is transmissielynanalise nie nodig nie. Die interkonneksie self beïnvloed nie die elektriese gedrag van die kring nie.

* As die interkonnekteerlengte groter is as 'n vierde van die seingolflengte, word transmissielyneffekte beduidend en moet die invloed van die interkonneksie self in ag geneem word.

Onthou dat die golflengte gelyk is aan die voortplantingsnelheid gedeel deur frekwensie:

As ons 'n voortplantingsnelheid van 0.7 maal die snelheid van lig aanneem, het ons die volgende golflengtes:


 

Die ooreenstemmende drempels vir transmissielyn is die volgende:


 

Dus, vir baie lae frekwensies, is transmissie-lyn-effekte weglaatbaar. Vir medium frekwensies is daar slegs baie lang kabels wat spesiale aandag moet geniet. By 1 GHz moet baie PCB-spore egter as transmissielyne behandel word, en namate frekwensies in die tientalle gigahertz klim, word transmissielyne alomteenwoordig.

Karakteristieke impedansie
Die belangrikste eienskap van 'n transmissielyn is die kenmerkende impedansie (aangedui met Z0). In die algemeen is dit 'n redelik eenvoudige konsep, maar dit kan aanvanklik verwarring veroorsaak.

Eerstens, 'n aantekening oor terminologie: “Weerstand” verwys na teenkanting teen enige stroomstroom; dit is nie afhanklik van frekwensie nie. “Impedansie” word in die konteks van WS-stroombane gebruik en verwys dikwels na 'n frekwensie-afhanklike weerstand. Ons gebruik egter soms 'impedansie' waar 'weerstand' teoreties meer toepaslik sou wees; ons kan byvoorbeeld verwys na die “uitsetimpedansie” van suiwer weerstandskring.

Dit is dus belangrik om 'n duidelike idee te hê van wat ons bedoel met 'kenmerkende impedansie'. Dit is nie die weerstand van die seingeleier in die kabel nie - 'n algemene kenmerkende impedansie is 50 Ω, en 'n GS-weerstand van 50 Ω vir 'n kort kabel sou absurd wees. Hier is 'n paar belangrike punte wat help om die aard van kenmerkende impedansie duidelik te maak:

Karakteristieke impedansie word bepaal deur die fisiese eienskappe van die transmissielyn; in die geval van 'n koaksiale kabel is dit 'n funksie van die binnediameter (D1 in die diagram hieronder), die buitenste deursnee (D2), en die relatiewe permittiwiteit van die isolasie tussen die binne- en buitenste geleiers.

Kenmerkende impedansie is nie 'n funksie van kabellengte nie. Dit is oral langs die kabel teenwoordig, want dit is die resultaat van die inherente kapasiteit en induktansie van die kabel.

 

In hierdie diagram word individuele induktors en kondenseerders gebruik om die verspreide kapasitansie en induktansie voor te stel wat deurlopend teenwoordig is gedurende die lengte van die kabel.
 

* In die praktyk is die impedansie van 'n transmissielyn nie relevant by GS nie, maar 'n teoretiese transmissielyn van oneindige lengte sal die kenmerkende impedansie daarvan selfs vir 'n GS-bron soos 'n battery bied. Dit is die geval omdat die oneindig lang transmissielyn voortdurend stroom sou trek in 'n poging om sy oneindige toevoer van verspreide kapasitansie op te laai, en die verhouding tussen die batteryspanning en die laadstroom gelyk sal wees aan die kenmerkende impedansie.

* Die kenmerkende impedansie van 'n transmissielyn is suiwer weerstand; geen faseverskuiwing word ingestel nie, en alle seinfrekwensies versprei met dieselfde snelheid.

 * Teoreties is dit slegs van toepassing op verlieslose transmissielyne — dit wil sê transmissielyne wat nulweerstand het langs die geleiers en oneindige weerstand tussen die geleiers. Dit is duidelik dat sulke lyne nie bestaan ​​nie, maar die ontleding van die verlieslose lyn is voldoende akkuraat as dit op werklike lae-verlies transmissielyne toegepas word.

Refleksies en ooreenstemming
Die impedansie van 'n transmissielyn is nie bedoel om die stroomvloei te beperk op die manier wat 'n gewone weerstand sou doen nie. Kenmerkende impedansie is bloot 'n onvermydelike resultaat van die wisselwerking tussen 'n kabel wat bestaan ​​uit twee geleiers in die nabyheid. Die belangrikheid van kenmerkende impedansie in die konteks van RF-ontwerp lê daarin dat die ontwerper impedansies moet ooreenstem om refleksies te voorkom en maksimum kragoordrag te bewerkstellig. Dit word op die volgende bladsy bespreek.

Opsomming

* 'N Interkonneksie word as 'n transmissielyn beskou as die lengte daarvan ten minste 'n vierde van die seingolflengte is.

* Koaksiale kabels word gereeld as transmissielyne gebruik, hoewel PCB-spore ook hierdie doel dien. Twee standaard PCB transmissielyne is die mikrostrook en die streeplyn.

* PCB-interkonneksies is gewoonlik kort, en vertoon gevolglik nie transmissielyngedrag voordat seinfrekwensies 1 GHz nader nie.

* Die verhouding tussen spanning en stroom in 'n transmissielyn word die kenmerkende impedansie genoem. Dit is 'n funksie van die fisiese eienskappe van die kabel, hoewel dit nie deur die lengte beïnvloed word nie, en vir geïdealiseerde (dws verlieslose) lyne is dit suiwer weerstand.

Los 'n boodskap 

boodskap Lys