50 Ω Galdera: Irudikapenarekin bat datorren RF Diseinuan

Bizitza Errealeko RF seinaleak
Inpedantzia batzea RF diseinuaren eta proben oinarrizko alderdia da Desoreka ez diren impedantziak eragindako seinaleen islak arazo larriak sor ditzake.

Bat egitea ariketa hutsala dirudi iturri ideal batez, transmisio lerroaz eta karga batez osatutako zirkuitu teoriko batez ari zarenean.

Demagun karga-inpedantzia finkoa dela. Egin behar duguna da iturri-inpedantzia (ZS) ZL-ren berdina izatea eta, ondoren, transmisio-lerroa diseinatzea, bere ezaugarritasun eza (Z0) ere ZL berdina izan dadin.

Ikus dezagun une batez eskema hau RF zirkuitu konplexu batean ezartzeko zailtasuna osagai pasibo ugariz eta zirkuitu integratuez osatua. RF diseinatzeko prozesua oso gogorra izango da ingeniariek osagai guztiak aldatu eta mikrostrip bakoitzaren dimentsioak zehaztuko lituzketen beste inolako oinarritzat aukeratutako inpedantziaren arabera.

Gainera, proiektuak jada PCBaren fasera iritsi dela suposatzen du. Zer gertatzen da sistema probatu eta karakterizatu nahi badugu, moduluak diskretuak erabiliz, apaletik kanpoko kableak interkonexio gisa? Ingurugiroa ez den inpedantzia konpentsatzea ere ez da hain zaila zirkunstantzia horietan.

Irtenbidea erraza da: aukeratu RF sistema ugaritan erabil daitekeen inpedantzia normalizatua, eta ziurtatu osagaiak eta kableak horren arabera diseinatuta daudela. Inpedantzia hori aukeratu da; unitatea ohmena da, eta 50 zenbakia.

Berrogeita hamar Ohm
Ulertu behar den lehenengo gauza da ez dagoela 50 Ω inpedantziari buruzko berezitasun berezirik. Hau ez da unibertsoaren funtsezko konstante bat, nahiz eta baliteke RF ingeniarien inguruan denbora nahikoa ematen baduzu. Ingeniaritza elektrikoaren oinarrizko konstantea ere ez da. Gogoan izan, adibidez, kable coaxial baten dimentsio fisikoak aldatzeak ezaugarritasuna aldatuko duela.

Hala ere, 50 Ω-ko inpedantzia oso garrantzitsua da, RF sistema gehienek diseinatzen duten inpedantzia delako. 50 Ω RF inpedantzia estandarizatua zergatik bihurtu zen zehatz-mehatz zehaztea zaila da, baina arrazoizkoa da 50 Ω konpromiso ona aurkitu dela kable coaxial goiztiarren testuinguruan.

Gai garrantzitsua, noski, ez da balio zehatzaren jatorria, inpedantzia normalizatua izatearen onurak baizik. Egokitako diseinu bat lortzea oso sinpleagoa da, IC-ko fabrikatzaileek, itxaropen finkoek, antenek eta horrelakoek beren piezak eraiki ditzaketelako inpedantzia horrekin. Gainera, PCBaren diseinua zuzenagoa bihurtzen da hainbeste ingeniari helburu bera dutelako, hots, 50 Ω-ko inpedantzia ezaugarria duten mikrostripak eta marrak diseinatzea.

Analog Devices aplikazioko ohar honen arabera, 50 Ω mikrostrip sor dezakezu honela: 1 ontzako kobrea, 20 milia zabaleko arrastoa, arrastoaren eta lurreko planoaren arteko 10 milia bereiztea (FR-4 dielektrikoa suposatuz).
 
Mugitu aurretik, garbi izan dezagun maiztasun handiko sistema edo osagai bakoitza ez dela 50 Ω-ra diseinatuta. Beste balore batzuk aukeratu litezke, eta 75 Ω inpedantzia oraindik ohikoa da. Kable coaxial baten inpedantzia ezaugarria kanpoko diametroaren (D2) barne-diametroaren (D1) erlazioaren erregistro naturalaren proportzionala da.


 

Horrek esan nahi du barruko eroalearen eta kanpoko eroalearen arteko bereizketa handiagoa inpedantzia handiagoa dela. Bi eroaleen arteko bereizketa handiagoak ere ahalmen txikiagoa dakar. 

Horrela, 75 Ω coaxak 50 Ω coax baino gaitasun txikiagoa du, eta 75 Ω kable gehiago egokia da maiztasun handiko seinale digitaletarako, gaitasun baxua behar baitute maiztasun handiko edukiaren gehiegikeria saihesteko. logika baxua eta logika altua.

Hausnarketa koefizientea
RF diseinuan inpedantziarekin bat egiteak duen garrantzia ikusita, ez dugu harritu behar partidu baten kalitatea adierazteko erabiltzen den parametro zehatz bat dagoela. Hausnarketa koefizientea deritzo; ikurra Γ da (Greziako letra larria gamma). Islatutako uhinaren anplitude konplexuaren intzidentearen uhinaren anplitude konplexuaren erlazioa da. 

Hala ere, gertakariaren uhinaren eta islatutako uhinaren arteko erlazioa iturriaren (ZS) eta karga (ZL) inpedantzen arabera zehazten da, eta, beraz, hausnarketa koefizientea definitzea posible da.

 

Kasu honetan "iturria" transmisio-lerroa bada, ZS Z0 alda dezakegu.



Sistema tipiko batean, hausnarketa koefizientearen magnitudea zero eta bat arteko kopurua da. Azter ditzagun hiru egoera matematiko zuzen, hausnarketa koefizientea zirkuituaren jokabideari nola dagokion ulertzen laguntzeko.

* Partidua ezin hobea bada (ZL = Z0), zenbakitzailea zero da eta, beraz, isla koefizientea zero da. Honek ez du zentzurik bat datoz bat datozenak.

* Karga-inpedantzia infinitua bada (hau da, zirkuitu irekia), hausnarketa koefizientea infinitu bihurtzen da infinituaren arabera, hau da. Hausnarketa koefiziente bat hausnarketa osoari dagokio, hau da, uhinen energia guztia islatuta dago. Horrek zentzua du zirkuitu irekira konektatutako transmisio-lerroak erabateko etengabeko lotura duelako (ikusi aurreko orrialdea): kargak ezin du energia xurgatu, beraz guztiak islatu behar dira.

* Karga-inpedantzia zero bada (hau da, zirkuitu laburra), hausnarketa-koefizientearen magnitudea Z0 bihurtzen da Z0-ren arabera. Horrela dugu berriro | Γ | = 1, zentzua du zirkuitu labur batek ere etenaldi oso bati dagokio gertakari uhinen energia bat xurgatu ezin duenean.

VSWR
Inpedantziarekin bat datorren deskribatzeko erabilitako beste parametro bat uhin-erlazioaren tentsioa (VSWR) da. Honela definitzen da:

VSWR inposatutako inpedantzia hurbildu da zutik sortutako uhinaren ikuspegitik. Zutik dagoen uhinen anplituderik altuena zutik dagoen uhinen anplituderik txikienaren arteko erlazioa transmititzen du. Bideo honek inpedantzia desorekatzea eta zutik dagoen uhinaren anplitudearen ezaugarriak ikus ditzakezu, eta hurrengo diagramak zortzi uhinen anplitudearen ezaugarriak islatzen ditu hiru islako koefiziente desberdinetarako.




Inpedantzia desorekatze gehiagorekin aldagai handiagoa da anplituderik altuenaren eta anplitude baxuenaren kokapenen artean. Erabilitako irudia Interferometristaren adeitasuna.
 
VSWR normalean ratio gisa adierazten da. Partida ezin hobea 1: 1 izango da, hau da, seinalearen gailur anplitudea beti berdina da (hau da, ez dago zutik dagoen uhinik). 2: 1 proportzioak adierazten du islatzeek uhin zoragarria sortu dutela gehienezko anplitudea duen gutxieneko anplitudea baino bi aldiz handiagoa dela.

Laburpena
* Inpedantzia normalizatua erabiltzeak RF diseinua askoz ere praktiko eta eraginkorragoa egiten du.

* RF sistema gehienak 50 Ω inpedantziaren inguruan eraikitzen dira. Sistema batzuek 75 Ω erabiltzen dituzte; Azken balio hau egokia da abiadura handiko seinale digitaletarako.

* Inpedantzia-partida baten kalitatea matematikoki adieraz daiteke erreflexio-koefizientearen bidez (Γ). Lotura perfektua Γ = 0 dagokio, eta erabateko etenaldia (bertan energia guztia islatzen da) Γ = 1 dagokio.

* Inpedantzia baten kalitatea kuantifikatzeko beste modu bat zutik dagoen tentsioko uhin-erlazioa da (VSWR).

Utzi mezu bat 

Mezu zerrenda