Begrip van refleksies en staande golwe in RF-stroombaanontwerp

Werklike RF-seine
Die ontwerp van hoëfrekwensie-stroombane moet verantwoordelik wees vir twee belangrike, hoewel ietwat misterieuse verskynsels: weerkaatsings en staan ​​golwe.

Ons weet uit ons blootstelling aan ander takke van wetenskap dat golwe geassosieer word met spesiale soorte gedrag. Liggolwe breek as hulle van een medium (soos lug) na 'n ander medium (soos glas) beweeg. 

Watergolwe brei af as hulle bote of groot rotse teëkom. Klankgolwe inmeng, wat periodieke variasies in volume tot gevolg het ('beats' genoem).

Elektriese golwe is ook onderhewig aan gedrag wat ons gewoonlik nie met elektriese seine assosieer nie. Die algemene gebrek aan vertroudheid met die golwe-aard van elektrisiteit is egter nie verbasend nie, omdat hierdie effekte in talle stroombane weglaatbaar of onbestaanbaar is. 

Dit is moontlik vir 'n digitale of lae-frekwensie-analoog ingenieur om jare te werk en baie suksesvolle stelsels te ontwerp sonder om ooit 'n deeglike begrip te kry van die golfeffekte wat prominent word in hoëfrekwensie-stroombane.

Soos op die vorige bladsy bespreek, word 'n interkonneksie onderworpe aan spesiale hoëfrekwensie seingedrag 'n transmissielyn genoem. Transmissielyneffekte is slegs beduidend as die lengte van die interkonneksie ten minste 'n vierde van die seingolflengte is; ons hoef dus nie bekommerd te wees oor golfeienskappe nie, tensy ons met hoë frekwensies of baie lang interkonneksies werk.

Refleksie
Refleksie, breking, diffraksie, interferensie — al hierdie klassieke golfgedrag is van toepassing op elektromagnetiese straling. 

Maar op hierdie punt het ons nog steeds te make met elektriese seine, dit wil sê, seine wat nog nie deur die antenna in elektromagnetiese bestraling omgeskakel is nie, en ons moet ons daarom slegs met twee hiervan besorg: refleksie en interferensie.

Ons beskou gewoonlik 'n elektriese sein as 'n eenrigtingverskynsel; dit beweeg van die uitset van een komponent na die invoer van 'n ander komponent, of met ander woorde, van 'n bron na 'n las. In RF-ontwerp moet ons egter altyd bewus wees van die feit dat seine in albei rigtings kan beweeg: van bron na vrag, beslis, maar ook - as gevolg van weerkaatsings - van las na bron.

Die golf wat langs die snaar beweeg, ervaarcrefleksie wanneer dit 'n fisiese hindernis bereik.

'N Watergolf-analoog
Besinnings vind plaas wanneer 'n golf 'n diskontinuïteit teëkom. Stel jou voor dat 'n storm groot watergolwe deur 'n normaal kalm hawe voortplant. Hierdie golwe bots uiteindelik met 'n soliede rotsmuur. Ons weet intuïtief dat hierdie golwe van die rotswand af sal weerkaats en weer in die hawe voortvloei. Ons weet egter ook intuïtief dat watergolwe wat op 'n strand breek, selde 'n beduidende weerkaatsing van energie in die see tot gevolg sal hê. Waarom die verskil?

Golwe dra energie oor. Wanneer watergolwe deur oop water voortplant, beweeg hierdie energie eenvoudig. As die golf egter 'n diskontinuïteit bereik, word die gladde beweging van energie onderbreek; in die geval van 'n strand of 'n rotswand, is golfuitplanting nie meer moontlik nie. 

Maar wat gebeur met die energie wat deur die golf oorgedra word? Dit kan nie verdwyn nie; dit moet opgeneem of weerkaats word. Die rotswand absorbeer nie die golfenergie nie, dus vind daar weerkaatsing plaas - die energie groei voort in golfvorm, maar in die teenoorgestelde rigting. Die strand laat die golfenergie egter af op 'n meer geleidelike en natuurlike manier. Die strand absorbeer die golf van die golf, en sodoende vind minimale weerkaatsing plaas.

Van water tot elektrone
Elektriese stroombane het ook diskontinuïteite wat die golfvoorplanting beïnvloed; in hierdie konteks is die kritieke parameter impedansie. Stel jou voor 'n elektriese golf wat langs 'n transmissielyn beweeg; dit is gelykstaande aan die watergolf in die middel van die oseaan. 

Die golf en die gepaardgaande energie daarvan verloop glad van bron tot las. Uiteindelik bereik die elektriese golf egter sy bestemming: 'n antenna, 'n versterker, ens.

Ons weet op 'n vorige bladsy dat die maksimum kragoordrag plaasvind wanneer die grootte van die lasimpedansie gelyk is aan die grootte van die bronimpedansie. (In hierdie konteks kan 'bronimpedansie' ook verwys na die kenmerkende impedansie van 'n transmissielyn.) 

Met gepaarde impedansies is daar regtig geen diskontinuïteit nie, want die las kan al die energie van die golf absorbeer. Maar as die impedansies nie ooreenstem nie, word net 'n deel van die energie opgeneem, en die oorblywende energie word weerspieël in die vorm van 'n elektriese golf wat in die teenoorgestelde rigting beweeg.

Die hoeveelheid gereflekteerde energie word beïnvloed deur die erns van die wanverhouding tussen bron- en lasimpedansie. Die twee ergste scenario's is 'n oop stroombaan en 'n kortsluiting, wat ooreenstem met onderskeidelik oneindige lasimpedansie en nulbelastingimpedansie. 

Hierdie twee gevalle verteenwoordig 'n volledige diskontinuïteit; geen energie kan opgeneem word nie, en daarom word al die energie weerspieël.

Die belangrikheid van die wedstryd
As u selfs by RF-ontwerp of -toetse betrokke was, weet u dat impedansie-aanpassing 'n algemene besprekingspunt is. Ons verstaan ​​nou dat dit teenstrydighede moet pas om refleksies te voorkom, maar waarom is daar soveel kommer oor refleksies?

Die eerste probleem is bloot doeltreffendheid. As ons 'n drywingsversterker het wat aan 'n antenna gekoppel is, wil ons nie hê dat die helfte van die uitset na die versterker weerkaats word nie. 

Die hele punt is om elektriese krag op te wek wat omgeskakel kan word in elektromagnetiese straling. Oor die algemeen wil ons krag van bron na vrag skuif, en dit beteken dat refleksies tot die minimum beperk moet word.

Die tweede uitgawe is 'n bietjie subtieler. 'N Deurlopende sein wat deur 'n transmissielyn na 'n verkeerde lasimpedansie oorgedra word, sal 'n deurlopende gereflekteerde sein tot gevolg hê. Hierdie voorval en gereflekteerde golwe gaan mekaar verby en gaan in teenoorgestelde rigtings. Storing lei tot 'n staande golf, dit wil sê, 'n stilstaande golfpatroon gelyk aan die som van die voorval en gereflekteerde golwe. 

Hierdie staande golf skep wel piek-amplitude-variasies oor die fisiese lengte van die kabel; sekere liggings het 'n hoër piekamplitude, en ander liggings het laer piekamplitude.

Staan golwe lei tot spanning wat hoër is as die oorspronklike spanning van die gestuurde sein, en in sommige gevalle is die effek ernstig genoeg om kabels of onderdele te beskadig.

Opsomming

* Elektriese golwe is onderhewig aan refleksie en interferensie.

* Watergolwe reflekteer wanneer hulle 'n fisiese obstruksie bereik, soos 'n klipmuur. Net so vind elektriese weerkaatsing plaas wanneer 'n WS-sein 'n impedansie-diskontinuïteit ondervind.

* Ons kan weerkaatsing voorkom deur die lasimpedansie by die kenmerkende impedansie van die transmissielyn te pas. Dit laat die las toe om die golfenergie op te neem.

* Refleksies is problematies omdat dit die hoeveelheid krag wat van bron na vrag oorgedra kan word, verminder.

* Refleksies lei ook tot staande golwe; die hoë amplitude-gedeeltes van 'n staande golf kan komponente of kabels beskadig.

Los 'n boodskap 

boodskap Lys