RF Sistemlerinde Kaplin ve Sızıntı

Gerçek Hayat RF Sinyalleri

RF tasarımı ve analizi, yüksek frekanslı sinyallerin gerçek bir devreden geçtiği karmaşık yolların anlaşılmasını gerektirir.

RF tasarımının, elektrik mühendisliğinin çeşitli alt disiplinleri arasında özellikle zorlayıcı olduğu bilinmektedir. Bunun bir nedeni, teorik elektrik sinyalleri ile yüksek frekanslı sinüzoidal sinyaller arasındaki aşırı tutarsızlıktır.

Bir noktada hepimiz, teorik devre analizinde bulunan idealize edilmiş bileşenlerin, tellerin ve sinyallerin, gerçekliğin oldukça yanlış yaklaşımlarına rağmen yararlı olduğunu fark etmeye başlarız. Bileşenlerin toleransları ve sıcaklık bağımlılıkları ve parazit elemanları vardır; teller direnç, kapasitans ve endüktansa sahiptir; sinyaller gürültü yapıyor. Bununla birlikte, sayısız başarılı devre, bu ilgisizlikler için çok az dikkate alınarak tasarlanır ve uygulanır.

Gerçek bir “kapasitör” için eşdeğer devre modeli; çok yüksek frekanslarda aslında bir indüktör gibi davranır.

Bu mümkündür, çünkü günümüzde birçok devre öncelikle düşük frekanslı veya dijital sinyalleri içermektedir. Düşük frekanslı sistemler, ideal olmayan sinyal ve bileşen davranışına çok daha az maruz kalır; sonuç olarak, düşük frekanslı devreler, teorik analize dayanarak beklediğimiz işlemden çok daha az sapma eğilimindedir. 

Yüksek frekanslı dijital sistemler daha çok tarafsızlıklara maruz kalmaktadır, ancak bu iletişimsizliklerin etkileri genellikle belirgin değildir, çünkü dijital iletişim doğal olarak sağlamdır. 

Dijital bir sinyal, ideal olmayan devre davranışının bir sonucu olarak önemli bir bozulma yaşayabilir, ancak alıcı hala mantığı yüksek olan mantığı düşük olandan doğru şekilde ayırt edebildiği sürece, sistem tam işlevselliği korur.

RF dünyasında, elbette, sinyaller ne dijital ne de düşük frekanslıdır. Beklenmedik sinyal davranışı norm haline gelir ve azaltılmış sinyal / gürültü oranının her dB'si, azaltılmış aralığa veya daha düşük ses kalitesine veya artmış bit hata oranına karşılık gelir.

Kapasitif Bağlama
RF sinyallerinin kesinlikle amaçlanan iletim yollarıyla sınırlı olmadığını anlamak önemlidir. Bu, özellikle çeşitli izlerin ve bileşenlerin genellikle çok az fiziksel ayrımı olduğu baskılı devre kartları bağlamında doğrudur.

 

Tipik bir devre şeması, bileşenler, kablolar ve aradaki boş alandan oluşur. Varsayım, sinyallerin kablolar boyunca seyahat ettiği ve boş alandan geçemediği yönündedir. Gerçekte ise, bu boş alanlar kapasitörlerle doludur. Kapasite, iki iletken bir yalıtım malzemesiyle ayrıldığında oluşur ve daha yüksek kapasitansa karşılık gelen daha yakın fiziksel yakınlık.

Kondansatörler DC'yi bloke eder ve düşük frekanslı sinyallere yüksek empedans sunar. Böylece, düşük frekanslı tasarım bağlamında tüm bu istenmeyen kapasitansı az çok göz ardı edebiliriz. Ancak frekans arttıkça empedans azalır; çok yüksek frekanslarda bir PCB, parazitik kapasitans tarafından oluşturulan nispeten düşük empedanslı iletim yolları ile doldurulur.

Yayılan Kavrama
İdeal dünyada, her RF cihazının bir anteni vardır. Gerçekte, her iletken elektromanyetik radyasyon yayabildiği ve alabildiği anlamında bir antendir. Böylece, yayılan kuplaj, RF sinyallerinin şematik semboller arasında sözde iletken olmayan boş boşluklardan geçebileceği başka bir yol sağlar.

Her zamanki gibi, bu sorun frekans arttıkça daha ciddi hale gelir. Anten, uzunluğu sinyal dalga boyunun önemli bir kısmı olduğunda daha etkilidir ve bu nedenle yüksek frekanslar mevcut olduğunda PCB izleri (genellikle oldukça kısa) daha sorunludur.

"Yayılan kuplaj" terimi, uzak alan etkileri, yani antenin hemen yakınında olmayan elektromanyetik radyasyonun neden olduğu parazit söz konusu olduğunda daha uygundur. Yayıcı ve alıcı iletkenler yaklaşık bir dalga boyundan daha az ile ayrıldığında, etkileşim yakın alanda meydana gelir. Bu durumda manyetik alan hakimdir ve sonuç olarak daha doğru terim “endüktif eşleşmedir”.

kaçak
Bir devrenin istenmeyen kısımlarına bağlanan bir RF sinyali “sızıntı” olarak tanımlanır. Klasik bir sızıntı örneği aşağıdaki şemada gösterilmiştir:




Lokal osilatör (LO) sinyali doğrudan karıştırıcının LO girişine beslenir; bu kasıtlı iletim yoludur. Aynı zamanda, sinyal istemeden bir iletim yolu bulur ve karıştırıcının diğer giriş portuna sızmayı başarır. Aynı frekans ve fazın iki sinyalinin karıştırılması bir DC ofseti ile sonuçlanır (faz farkı 90 ° veya –90 ° 'ye yaklaştıkça ofsetin büyüklüğü sıfıra doğru azalır). Bu DC ofseti, giriş sinyalini doğrudan radyo frekansından ana bant frekansına çeviren alıcı mimarilerine göre büyük bir tasarım zorluğu oluşturur.

Başka bir sızıntı yolu, bir mikserden düşük gürültülü bir amplifikatörden antene doğrudur:


 

Ama burada bitmiyor; LO sinyali anten tarafından yayılabilir, harici bir nesne tarafından yansıtılabilir ve daha sonra aynı anten tarafından alınabilir. Bu yine kendi kendine karışmayı ve sonuçtaki DC ofsetini üretecektir, ancak bu durumda ofset oldukça öngörülemez olacaktır - ofsetin genliği ve polaritesi yansıyan sinyalin sürekli değişen büyüklüğünden etkilenecektir.

Vericiler ve Alıcılar
Sızıntı sorunlarına yol açan bir başka durum, bir RF cihazının hem bir alıcı hem de bir verici içermesidir. Verici kısmı, antene güçlü bir sinyal göndermek için tasarlanmış bir güç amplifikatörüne sahiptir. Alıcı kısım, çok küçük genlikteki sinyalleri yükseltmek ve demodüle etmek için tasarlanmıştır. Böylece verici yüksek güç sağlar ve alıcı yüksek hassasiyet sağlar.

Muhtemelen bunun nereye gittiğini görebilirsiniz. Bir kuplaj yolu, PA çıkışının alıcı zincire sızmasına izin verebilir; yüksek oranda zayıflatılmış bir PA sinyali bile hassas alıcı devresi için sorunlara neden olabilir.

Tek Taraflı, Çift Taraflı
Bu PA'dan alıcıya sızıntı, yalnızca devrenin eşzamanlı iletim ve alımı desteklemesi gerektiğinde endişe vericidir. Verici ve alıcı olarak işlev görebildikleri için alıcı-verici olarak adlandırılan bu tür iki aygıttan oluşan bir sisteme tam çift yönlü denir. Tam çift yönlü bir sistem aynı anda iki yönlü iletişim sağlar.

Bir yarım dubleks sistem sadece eşzamanlı olmayan iki yönlü iletişimi destekler, ancak bir yarım dubleks sistemde kullanılan cihazlar hala alıcı-vericilerdir, çünkü bunlar iletebilir ve alabilirler. Yarı çift yönlü cihazlarda, alım zinciri iletim sırasında aktif olmadığından PA'dan alıcıya sızıntı konusunda endişelenmemize gerek yoktur.

Tek yönlü bir RF iletişim sistemi “tek yönlü” olarak adlandırılır. Çok yaygın bir örnek AM veya FM yayınlarıdır; istasyonun anteni gönderilir ve araç radyosu alır.

Özet

* Gerçek hayattaki elektrik sinyallerini ve bileşenlerini tahmin etmek ve analiz etmek onların idealize muadillerinden daha zordur; bu özellikle yüksek frekanslı analog sinyaller için geçerlidir.

* RF sinyalleri, kapasitif kuplaj, yayılan kuplaj ve endüktif kuplaj ile oluşturulan istenmeyen iletim yollarından kolayca geçer.
* RF sinyallerinin istenmeyen iletim yollarından geçmesi kaçak olarak adlandırılır.

* RF sistemleri üç genel kategoriye ayrılabilir:

tam çift yönlü (eşzamanlı iki yönlü iletişim)
yarı çift yönlü (eşzamanlı olmayan iki yönlü iletişim)
simpleks (tek yönlü iletişim)

Mesaj bırakın 

İleti listesi