RF átvitel: Szabályozás, interferencia és energiaátvitel

Az elektromágneses spektrum
Tudjon meg többet arról, hogyan juttassa el az erősítőből a maximális teljesítményt az antennába, és hogyan becsülje meg ezt az energiát oszcilloszkóp segítségével.

Az RF technológia fontos jellemzője a következő: viszonylag könnyű az egyik számára akadályozni vagy akár teljesen megrontani egy másik személy vezeték nélküli kommunikációját. A rádióhullámok keresztülhaladnak a levegőn, és mindenki számára elérhetők, beleértve azokat is, akik szándékosan vagy véletlenül olyan jeleket közvetítenek, amelyeket interferenciaként lehetne leírni.

Először is fontos megérteni, hogy nem tudja „elpusztítani” vagy „megrongálni” a már átvitt rádiójeleket. Ennek ellenére az interferencia hatása megegyezik az eredeti jel megsemmisítésével, mivel ez veszélyezteti a vevő képességét az ebben a jelben szereplő fontos információk kinyerésére. Más szavakkal, az információ továbbra is jelen van, de egy adott vevővel szemben a gyakorlatban megszűnt.

Az interferencia állandó kihívás az RF tervezés során, és a vezeték nélküli eszközök elterjedése nem teszi a helyzetet egyszerűbbé. A rendszer interferenciákkal szemben ellenállóvá tételének különféle módjai vannak, és ezeket később a tankönyvben tárgyaljuk. Ezen interferencia nagy része egyszerűen annak a ténynek a következménye, hogy a nem kommunikáló eszközöknek gyakran hasonló vivőfrekvenciákat kell használniuk.

Van azonban olyan dolog is, mint a szándékos beavatkozás. Ezt zavarásnak nevezik; A cél olyan jel sugárzása, amely valamilyen módon megakadályozza a többi vezeték nélküli rendszert a sikeres kommunikáció fenntartásában. A zavarás fontos taktika a modern hadviselésben, és a mindennapi életben kellemetlen (vagy ami még rosszabb), és teljesen illegális.

 

Előírások
Kezdetben furcsának tűnhet, hogy a kormány szabályozná a vezeték nélküli átvitelt - ténylegesen előírhatunk-e törvényeket olyan immateriális tárgyakra, mint az elektromágneses sugárzás? A zavaró példa azonban világossá teszi, hogy a szabályozások hiánya komoly problémákat okozna. Szigorú szervezésre van szükség annak biztosítása érdekében, hogy az EMR birodalma ne romlik zavaró jelek kaotikus hordává.

Az Egyesült Államokban a rend fenntartása a vezeték nélküli kommunikáció világában a Federal Communications Commission (FCC) feladata. Azoknak a magán- és állami szervezeteknek, amelyek az elektromágneses spektrum egy részét ki akarják használni, engedélyt kell szerezni az FCC-től; ezt az engedélyt licencnek nevezik. Kivételt képeznek azok a rendszerek, amelyek korlátozott hatótávolságúak, és ezért valószínűleg nem okoznak jelentős zavart.

Max erő
Ha érdekli a (legális) licenc nélküli rádióadások, akkor ismernie kell az adási teljesítményt. Még ha a hivatalos előírásokat tényleges tartományban vagy más mérőszámban is bemutatják, akkor meg kell tudnia határozni az átviteli teljesítményt, amelyet általában elfogadhatónak tartanak ezekben a helyzetekben - és az erő becslése könnyebb, mint a rendszer hatótávolságának vagy a a térerősség az antennától meghatározott távolságra.

Ez a grafikon megadja a térerősség határértékeit (egy adott frekvenciatartományra) az FCC „15. rész” szabályai alapján. Kép adaptálva a Digi-Key-től
 
A rádiófrekvenciás áramkörökben és az összes többi típusú elektromos áramkörben az alkatrész által elbontott teljesítmény megegyezik az adott alkatrész közötti feszültséggel, szorozva az alkatrészen átáramló árammal. Az antennát egyszerűen vezetéknek, és ezért nagyon alacsony ellenállásúnak gondolhatja. 

Igaz, hogy a vezetőnek nagyon alacsony ellenállása lehet DC-nál, de magasabb frekvenciákon az antenna jelentős bemeneti impedanciával rendelkezik. Érdekel az antenna impedanciája azon a frekvencián, amelyet RF-jelünk továbbítására használunk; erre az információra szükségünk van az antennához juttatott energia mennyiségének becsléséhez.

Feszültségátvitel vs áramátadás
Egy tipikus digitális vagy analóg áramkörben nem szeretnénk, ha a vezeték vagy a nyomtatott áramkör nyomkönyve 50 resistance ellenállású lenne. Ez szörnyen nagy ellenállásnak tűnik valami karmesterként leírt valamit illetően. 

De nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy az alacsony frekvenciájú áramkörökben általában a feszültség átadása érdekli, azaz azt akarjuk biztosítani, hogy a bemeneti érintkező feszültsége a lehető legközelebb legyen az előző kimeneti érintkező feszültségéhez. A jó feszültségátvitel eléréséhez alacsony kimeneti impedanciára, alacsony vezető impedanciára és magas bemeneti impedanciára van szükség.

Az RF adó (vagy audio erősítő) kimeneti szakaszában azonban a cél az energiaátadás. Nem csak a feszültséget akarjuk átvinni egyik eszközről a másikra; azt szeretnénk, ha jelentős áramerősség áramlik az antennán keresztül, hogy rengeteg elektromos energiával rendelkezzen, amely átalakítható sugárzott elektromágneses energiává.

A maximális energiaátvitel akkor fordul elő, amikor a terhelési impedancia nagysága megegyezik a forrás impedanciájának nagyságával.

Mint láthatja, a terhelési teljesítmény (PL) maximális, ha RL = RS. Vegye figyelembe azonban, hogy a hatékonyság (η) ezen a ponton tovább növekszik. A maximális energiaátvitel nem felel meg a maximális hatékonyságnak.
 
A rádiófrekvenciás áramkörökben az erősítő kimeneti fokozatának (és az erősítőt az antennához összekötő átviteli vonalnak) gyakran 50 impe impedanciája van, tehát az antenna impedanciájának is 50 Ω-nek kell lennie a maximális energiaátvitel biztosítása érdekében. (Egy másik fontos téma itt a „megfelelő hálózatok”, amelyeket az erősítő és az antenna impedancia illesztésének javítására használnak; erről később a tankönyvben lesz szó.)

Becslési teljesítmény
Az előző megbeszélés megmagyarázza, hogy miért elemezhetjük az RF kimeneti fokozatot az erősítő egy 50 c-os oszcilloszkóp bemenetre történő csatlakoztatásával: a legtöbb RF rendszer 50 Ω impedancia körül van felépítve, így általában 50 Ω antenna impedanciára van szükség.

Természetesen, ha ismeri az áramkör releváns feszültség- és impedanciajellemzőit, egyszerűen kiszámolhatja az antenna teljesítményét. A SPICE-szimulátor egy másik hatékony megközelítés. De ha ezek a technikák nem praktikusak az Ön körülményei között, vagy ha empirikus igazolást szeretne, akkor mérőberendezést kell használnia.

Ha van spektrum-elemzője, mindenképpen használja azt. Úgy tervezték, hogy pontosan ilyen információt szolgáltasson. Ha nincs spektrum-elemzője, használhat oszcilloszkópot. Nézze meg a jel RMS feszültségét egy 50 Ω hatótávolságú bemenet segítségével, majd számítsa ki a teljesítményt V2 / R formátumban, ahol R = 50 Ω.

Összegzésként

* Az elektromágneses átvitelt gondosan szabályozzák a nem szándékos zavarokkal kapcsolatos problémák enyhítése érdekében. A szándékos beavatkozás, az úgynevezett zavarás, a polgári élet szempontjából illegális.

* Az Egyesült Államokban az adókészülékeket általában az FCC engedéllyel kell ellátni.

* Az engedély nélküli működés bizonyos feltételek mellett lehetséges, korlátozott adási teljesítmény mellett.

* Az erősítő és az antenna közötti maximális villamosenergia-átvitel elérése érdekében az erősítő kimeneti impedanciájának nagyságának meg kell egyeznie az antenna bemeneti impedanciájával.

* Az átviteli teljesítmény meghatározható matematikai elemzéssel vagy SPICE szimulációval. Ez empirikusan becsülhető egy spektrum-analizátor vagy oszcilloszkóp segítségével.

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista