RF-lähetys: säännöt, häiriöt ja virransiirto

Sähkömagneettinen spektri
Opi kuinka siirtää maksimiteho vahvistimesta antenniin ja kuinka arvioida tämä teho oskilloskoopin avulla.

RF-tekniikan tärkeä ominaisuus on seuraava: yhden henkilön on suhteellisen helppo estää tai jopa pilata toisen henkilön langaton viestintä. Radioaallot kulkevat ilman läpi ja ovat kaikkien saatavilla, mukaan lukien ne, jotka - tahallisesti tai vahingossa - lähettävät signaaleja, jotka voidaan kuvata häiriöiksi.

Ensinnäkin on tärkeää ymmärtää, että et voi "tuhota" tai "vahingoittaa" jo lähetettyjä radiosignaaleja. Siitä huolimatta häiriöiden vaikutus voi olla sama kuin alkuperäisen signaalin tuhoaminen, koska se vaarantaa vastaanottimen kyvyn purkaa tämän signaalin tärkeä informaatio. Toisin sanoen, tieto on edelleen läsnä, mutta tietyn vastaanottajan suhteen se on käytännössä lakannut olemasta.

Häiriöt ovat jatkuva haaste RF-suunnittelussa, ja langattomien laitteiden leviäminen ei tee tilanteesta yksinkertaisempaa. Järjestelmästä voidaan tehdä häiriöidenkestäviä eri tavoilla, ja niistä keskustellaan myöhemmin oppikirjassa. Suurin osa tästä häiriöstä johtuu yksinkertaisesti siitä, että ei-kommunikoivien laitteiden on usein käytettävä samanlaisia ​​kantoaaltotaajuuksia.

On kuitenkin olemassa myös sellainen asia kuin tahallinen puuttuminen. Tätä kutsutaan häirinnäksi; Tavoitteena on lähettää signaali, joka tavalla tai toisella estää muita langattomia järjestelmiä ylläpitämästä onnistunutta viestintää. Tukkeutuminen on tärkeä taktiikka nykyaikaisessa sodankäynnissä, ja jokapäiväisessä elämässä se on haittaa (tai pahempaa) ja on täysin laitonta.

 

Säännöt
Alun perin voi tuntua oudolta, että hallitus sääntelee langattomia siirtoja - voimmeko todella määrätä lakeja jokaiselle yhtä aineettomalle kuin sähkömagneettinen säteily? Mutta häiritsevä esimerkki tekee selväksi, että säännösten puuttuminen johtaisi vakaviin ongelmiin. Tiukaa organisaatiota tarvitaan sen varmistamiseksi, että EMR-alue ei heikkene kaoottiseksi häiritsevien signaalien joukkoksi.

Yhdysvalloissa järjestyksen ylläpitäminen langattoman viestinnän maailmassa kuuluu Federal Communications Commissionille (FCC). Yksityisten ja julkisten organisaatioiden, jotka haluavat hyödyntää osaa sähkömagneettisesta spektristä, on saatava lupa FCC: ltä. tähän lupaan viitataan lisenssinä. On olemassa poikkeuksia järjestelmiin, joiden toiminta-alue on rajoitettu ja siten todennäköisesti aiheuta suurta häiriötä.

Maksimi voima
Jos olet kiinnostunut (laillisesta) lisenssitöntä radiolähetyksestä, sinun on tiedettävä lähetystehosi. Vaikka viralliset määräykset esitetäänkin tehoalueella tai jollain muulla mittayksiköllä, sinun pitäisi pystyä määrittämään lähetysteho, jota pidetään yleisesti hyväksyttävänä näissä tilanteissa - ja tehon arviointi on helpompaa kuin yritetään mitata tarkasti järjestelmän etäisyyttä tai kentänvoimakkuus tietyllä etäisyydellä antennista.

Tämä kuvaaja antaa kenttävoimakkuusrajat (tietylle taajuusalueelle) FCC: n “Osa 15” -sääntöjen perusteella. Kuva mukautettu Digi-Keyltä
 
RF- ja kaikissa muissa tyyppisissä sähköpiireissä komponentin hajottama teho on yhtä suuri kuin komponentin välinen jännite kerrottuna komponentin läpi virtaavalla virralla. Voit ajatella antennia yksinkertaisesti johtimena ja siksi jotain, jolla on hyvin pieni vastus. 

On totta, että johtimella voi olla hyvin pieni vastus DC: ssä, mutta korkeammilla taajuuksilla antennilla on huomattavia määriä tuloimpedanssia. Olemme kiinnostuneita antennin impedanssista tietyillä taajuuksilla, joita käytämme radiotaajuussignaalin lähettämiseen; Tarvitsemme näitä tietoja antennille syötetyn virran määrän arvioimiseksi.

Jännitteensiirto vs. virransiirto
Tyypillisessä digitaalisessa tai analogisessa piirissä emme halua, että johtimen tai piirilevyn jäljen resistenssi olisi 50 Ω. Tämä näyttää kammottavasti korkealta vastustuskyvyltä johtimeksi kuvailulle. 

Mutta meidän on muistettava, että matalataajuisissa piireissä olemme tyypillisesti kiinnostuneita jännitteen siirrosta, ts. Haluamme varmistaa, että syöttötapin jännite on mahdollisimman lähellä edellisen lähtötapin jännitettä. Hyvän jännitteensiirron saavuttamiseksi tarvitaan matala lähtöimpedanssi, matala johtimen impedanssi ja korkea tuloimpedanssi.

RF-lähettimen (tai äänivahvistimen) lähtövaiheessa tavoitteena on kuitenkin tehon siirto. Emme halua vain siirtää jännitettä laitteesta toiseen; haluamme antennin läpi virtaavan merkittävän virran, jotta siinä olisi runsaasti sähköenergiaa, joka voidaan muuntaa säteilytetuksi sähkömagneettiseksi energiaksi.

Suurin tehonsiirto tapahtuu, kun kuormitusimpedanssin suuruus on yhtä suuri kuin lähteen impedanssin suuruus.

Kuten näette, kuormitusteho (PL) on suurin, kun RL = RS. Huomaa kuitenkin, että hyötysuhde (η) kasvaa edelleen tämän pisteen ulkopuolelle. Suurin tehonsiirto ei vastaa maksimaalista hyötysuhdetta.
 
RF-piirissä vahvistimen lähtöasteen (ja vahvistimen antenniin yhdistävän siirtolinjan) impedanssi on usein 50 Ω, joten antennin impedanssin on oltava myös 50 Ω maksimaalisen tehonsiirron varmistamiseksi. (Toinen tärkeä aihe tässä on ”sovittavat verkot”, joita käytetään parantamaan impedanssin sovitusta vahvistimen ja antennin välillä; tästä keskustellaan myöhemmin oppikirjassa.)

Arvioi teho
Edellisessä keskustelussa selitetään, miksi voimme analysoida RF-lähtövaihetta kytkemällä tehovahvistin 50 Ω: n oskilloskooppituloon: suurin osa RF-järjestelmistä on rakennettu noin 50 Ω: n impedansseille, joten tarvitset yleensä 50 Ω: n antenniimpedanssia.

Tietysti, jos tiedät piirisi asianmukaiset jännite- ja impedanssiominaisuudet, voit yksinkertaisesti laskea antennille syötetyn virran. SPICE-simulaattori olisi toinen tehokas lähestymistapa. Mutta jos nämä tekniikat eivät ole käytännöllisiä olosuhteissasi tai jos haluat empiirisen todentamisen, sinun on käytettävä mittauslaitteita.

Jos sinulla on spektrianalysaattori, käytä sitä kaikin tavoin. Se on suunniteltu tarjoamaan täsmälleen tällaisia ​​tietoja. Jos sinulla ei ole spektrianalysaattoria, voit käyttää oskilloskooppia. Katso signaalin RMS-jännitettä käyttämällä 50 Ω: n laajuista tuloa ja laske sitten teho V2 / R: nä, missä R = 50 Ω.

Yhteenveto

* Sähkömagneettista siirtoa säädellään huolellisesti tahattomiin häiriöihin liittyvien ongelmien lieventämiseksi. Tahaton puuttuminen, jota kutsutaan häirinnäksi, on laitonta siviili-elämässä.

* Yhdysvalloissa lähetyslaitteiden on yleensä oltava FCC: n luvanvaraisia.

* Lisenssivapaa toiminta on mahdollista tietyissä olosuhteissa, jotka liittyvät rajoitettuun lähetystehoon.

* Jotta sähköteho voitaisiin siirtää maksimaalisesti vahvistimesta antenniin, vahvistimen lähtöimpedanssin suuruuden on vastattava antennin tuloimpedanssin suuruutta.

* Lähetysteho voidaan määrittää matemaattisen analyysin tai SPICE-simulaation avulla. Se voidaan arvioida myös empiirisesti spektrianalysaattorilla tai oskilloskoopilla.

Jätä viesti 

viestiluettelo