Teknologi Microwave - Menyahsulitkan rantai isyarat RF: ciri-ciri dan indikator prestasi

Dengan fokus pada ciri-ciri yang luar biasa RF, termasuk perubahan fasa, reaksi, penyebaran, bunyi, radiasi, refleksi, dan tidak lineariti, boleh ditetapkan dasar definisi konsisten, meliputi makna berbilang. 1 Asas ini mewakili definisi modern yang meliputi-semua yang tidak bergantung pada aspek tunggal atau nilai khusus untuk membezakan RF dari terma lain. Terma RF berlaku pada mana-mana litar atau komponen yang mempunyai ciri-ciri yang membentuk definisi ini.

Kami telah menetapkan latar belakang perbincangan ini, dan sekarang kita boleh mula untuk masuk ke topik dan menganalisis rantai isyarat RF umum. Di antara mereka, model sirkuit komponen yang disebarkan digunakan untuk mencerminkan perubahan fasa dalam sirkuit. Shift ini tidak boleh diabaikan pada panjang gelombang RF yang lebih pendek. Oleh itu, perwakilan kira-kira bagi litar total PCB ditetapkan tidak sesuai untuk jenis sistem ini. Rangkaian isyarat RF mungkin mengandungi pelbagai komponen diskret, seperti penanda, tukar, penyampai, pengesan, penyintesis, dan peranti analog RF lain, serta PCB kelajuan tinggi dan DAC. Menggabungkan semua komponen ini untuk aplikasi tertentu, prestasi nominal umum akan bergantung pada prestasi kombinasi komponen diskret ini.

Oleh itu, untuk merancang sistem khusus yang boleh memenuhi aplikasi sasaran, jurutera sistem RF mesti mampu mempertimbangkan secara benar dari perspektif aras sistem, dan mempunyai pemahaman konsisten terhadap konsep dan prinsip kunci asas. Pertahanan pengetahuan ini sangat penting. Untuk sebab ini, kami telah kumpulkan artikel perbincangan ini, yang mengandungi dua bahagian. Tujuan bahagian pertama adalah untuk memperkenalkan secara singkat karakteristik utama dan indikator yang digunakan untuk menentukan karakteristik peranti RF dan kuantifikasikan prestasinya. Tujuan bahagian kedua adalah untuk menyediakan perkenalan dalam-dalam kepada pelbagai komponen individu dan jenis mereka yang boleh digunakan untuk mengembangkan rantai isyarat RF untuk aplikasi yang diinginkan. Dalam artikel ini, kita akan fokus pada bahagian pertama, dan mempertimbangkan ciri-ciri utama dan indikator prestasi berkaitan dengan sistem RF.

papan PCB rf

1. Perkenalan ke terminologi RFThere are a variety of parameters currently used to describe the characteristics of the entire RF system and its discrete modules. Bergantung pada kes aplikasi atau penggunaan, beberapa ciri-ciri ini mungkin sangat penting, sementara yang lain kurang penting atau tidak relevan. Dengan artikel ini sahaja, ia pasti mustahil untuk melakukan analisis meliputi topik yang kompleks. Namun, kita akan cuba mengikuti idea yang sama, iaitu untuk mengubah siri kandungan kompleks berkaitan menjadi ciri-ciri sistem RF yang seimbang, mudah untuk dipahami dan panduan ciri-ciri RF, supaya secara singkat dan secara meliputi ringkasan prestasi RF yang paling umum.

Dalam kes persamaan rangkaian, S21 sama dengan koeficien penghantaran dari port 1 ke port 2 (S12 juga boleh ditakrif dengan cara yang sama). Amplitude [UNK]S21[UNK] dikatakan pada skala logaritmik mewakili nisbah kuasa output kepada kuasa input, yang dipanggil pendapatan atau pendapatan logaritmik skalar. Parameter ini adalah indikator penting bagi penyampai dan sistem RF lain, dan ia juga boleh mengambil nilai negatif. Keuntungan negatif mewakili kehilangan atau kehilangan ketidakpadanan yang inherent, dan biasanya mewakili oleh kembarannya, iaitu kehilangan penyisihan (IL), yang merupakan indikator tipis penanda dan penapis.

Jika kita sekarang mempertimbangkan gelombang insiden dan gelombang yang refleksi di port yang sama, kita boleh takrifkan S11 dan S22 seperti yang dipaparkan dalam Figure 2. Apabila port lain dihapuskan dengan muatan yang sepadan, terma-terma ini sama dengan koeficien refleksi yang sepadan dengan port yang sepadan. Menurut formula 1, kita boleh korelasikan saiz koeficien refleksi dengan kehilangan kembali (RL):

Kembali kehilangan merujuk kepada nisbah kuasa insiden port kepada kuasa refleksi sumber. Berdasarkan port yang kita gunakan untuk menghargai nisbah ini, kita boleh membezakan antara input dan kehilangan kembali output. Kehilangan kembalian sentiasa nilai bukan-negatif, menunjukkan seberapa baik input atau output impedance rangkaian sepadan dengan impedance port ke arah sumber. Perlu dicatat bahawa hubungan sederhana ini antara parameter IL dan RL dan S adalah sah hanya bila semua port sepadan. Ini adalah prerekwiżit untuk menentukan matriks S rangkaian sendiri. Jika rangkaian tidak sepadan, ia tidak akan mengubah parameter S kandungannya, tetapi ia boleh mengubah koeficien refleksi pelabuhannya dan koeficien transmisi diantara pelabuhan.

2. Julat frekuensi dan lebar jangkauAll these basic quantities that we describe will constantly change in the frequency range, which is the common basic characteristic of all RF systems. Ia menentukan julat frekuensi yang disokong oleh sistem ini dan memberikan kita prestasi metrik-lebar band (BW) yang lebih kritik.

Tidak-linear

Harus dikatakan bahawa ciri-ciri sistem RF tidak hanya akan berubah dengan frekuensi, tetapi juga dengan aras kuasa isyarat. Karakteristik asas yang kami deskripsikan pada permulaan artikel ini biasanya diwakili oleh parameter-S isyarat kecil, dan kesan bukan-linear tidak dianggap. Namun, secara umum, peningkatan terus menerus aras kuasa melalui rangkaian RF biasanya akan membawa kesan yang lebih jelas bukan linear, dan akhirnya akan membawa kepada penghancur prestasinya.

Apabila kita bercakap tentang sistem RF atau komponen dengan linearitas yang baik, kita biasanya bermaksud bahawa indikator kunci yang digunakan untuk menggambarkan prestasi non-linear mereka memenuhi keperluan aplikasi sasaran. Mari kita lihat indikator kunci ini yang biasanya digunakan untuk kuantifikasi perilaku tidak linear sistem RF.

Parameter pertama yang perlu kita pertimbangkan ialah titik pemampatan output 1 dB (OP1dB), yang menentukan titik pengalihan bagi peranti umum untuk menukar dari mod linear ke mod bukan linear, iaitu, aras kuasa output apabila peningkatan sistem dikurangkan dengan 1 dB. Ini adalah karakteristik asas penyampai kuasa, yang digunakan untuk menetapkan aras kerja peranti ke aras ketepuan yang ditakrif oleh kuasa output menuju ketepuan (PSAT). Penampilkan kuasa biasanya ditempatkan pada tahap terakhir rantai isyarat, jadi parameter ini biasanya menentukan julat kuasa output sistem RF.

Apabila sistem berada dalam mod bukan-linear, ia akan mengganggu isyarat dan menghasilkan komponen frekuensi spurious, atau spurs. Spurious diukur relatif dengan aras isyarat pembawa (unit: dBc) dan boleh dibahagi menjadi harmonik dan produk intermodulasi (lihat Figur 3). Harmonik adalah isyarat pada jumlah integer darab frekuensi dasar (contohnya, harmonik H1, H2, H3), dan produk intermodulasi adalah isyarat yang muncul apabila dua atau lebih isyarat dasar ada dalam sistem bukan linear. Jika isyarat asas pertama berada pada frekuensi f1 dan yang kedua pada f2, produk intermodulasi tertib kedua muncul pada kedudukan frekuensi jumlah dan perbezaan kedua-dua isyarat, iaitu f1 + f2 dan f2 –f1, dan f1 + f1 dan f2 + f2 (yang kedua juga dipanggil H2 harmonik). Kombinasi produk intermodulasi peringkat kedua dan isyarat asas akan menghasilkan produk intermodulasi peringkat ketiga, dua daripada mereka (2f1 "f2" dan 2f2 "f1") sangat penting, kerana mereka dekat dengan isyarat asal, jadi sukar untuk menapis keluar. Spektrum output sistem RF tidak linear yang mengandungi komponen frekuensi spurious mewakili gangguan intermodulasi (IMD), yang merupakan istilah penting untuk menggambarkan non lineariti sistem. 2

Komponen spurious berkaitan dengan penyelesaian intermodulasi tertib kedua (IMD2) dan penyelesaian intermodulasi tertib ketiga (IMD3) boleh menyebabkan gangguan pada isyarat sasaran. Penunjuk penting digunakan untuk kuantifikasikan keras gangguan adalah Titik Intermodulasi (IP). Kita boleh membezakan titik intermodulasi tertib kedua (IP2) dan tertib ketiga (IP3). Seperti yang dipaparkan dalam Gambar 4, mereka menentukan titik hipotetik aras kuasa isyarat input (IIP2, IIP3) dan output (OIP2, OIP3). Pada titik ini, kuasa komponen yang sepadan akan mencapai aras elektrik yang sama dengan komponen as as. rata. Walaupun titik intermodulasi adalah konsep murni matematik, ia adalah indikator penting untuk mengukur toleransi sistem RF kepada nonlineariti.

NoiseNow mari kita lihat karakteristik penting lain yang ada dalam setiap sistem-bunyi RF. Bunyi merujuk kepada perubahan isyarat elektrik dan mengandungi banyak aspek yang berbeza. Menurut spektrum frekuensinya, cara ia mempengaruhi isyarat, dan mekanisme dengan mana ia menghasilkan bunyi, bunyi boleh dibahagi kepada banyak jenis dan bentuk yang berbeza. Namun, walaupun terdapat banyak sumber bunyi yang berbeza, kita tidak perlu mengganggu karakteristik fizik mereka untuk menggambarkan kesan akhir mereka pada prestasi sistem. Kita boleh belajar berdasarkan model bunyi sistem yang mudah, yang menggunakan generator bunyi teori tunggal dan diterangkan oleh indikator penting bagi figura bunyi (NF). Ia boleh kuantifikasikan penurunan nisbah isyarat-bunyi (SNR) disebabkan oleh sistem, yang ditakrif sebagai nisbah logaritmi nisbah isyarat-bunyi output kepada nisbah isyarat-bunyi input. Angka bunyi yang diungkapkan pada skala linear dipanggil faktor bunyi. Ini adalah ciri utama sistem RF dan boleh mengawal prestasi umumnya.

Untuk peranti pasif linear sederhana, angka bunyi sama dengan kehilangan penyisihan yang ditakrif oleh [UNK]S21[UNK]. Dalam sistem RF yang lebih kompleks yang terdiri dari komponen aktif dan pasif berbilang, bunyi diterangkan oleh faktor bunyi Fi dan pendapatan kuasa Gi sesuai. Menurut formula Friis (menganggap impedance setiap tahap sepadan), pengaruh bunyi pada isyarat Perkurangan langkah demi langkah dalam rantai:

Ia boleh dicatat bahawa dua tahap pertama rantai isyarat RF adalah sumber utama bagi jumlah bunyi sistem. Inilah sebabnya komponen dengan nombor bunyi yang paling rendah (seperti penyampai bunyi rendah) ditempatkan di ujung depan rantai isyarat penerima.

Jika kita sekarang mempertimbangkan peranti atau sistem dedikasi yang menghasilkan isyarat, apabila ia berkaitan dengan ciri-ciri prestasi bunyi, ia secara umum merujuk kepada ciri-ciri isyarat yang dipengaruhi oleh sumber bunyi. Karakteristik ini ialah kegelisahan fasa dan bunyi fasa, yang digunakan untuk mewakili kestabilan isyarat dalam domain masa (kegelisahan) dan domain frekuensi (bunyi fasa). Pilihan khusus biasanya bergantung pada aplikasi. Contohnya, dalam aplikasi komunikasi RF, bunyi fasa biasanya digunakan, sementara dalam sistem digital, jitter biasanya digunakan. Pengagih fasa merujuk kepada perubahan kecil dalam fasa isyarat, dan bunyi fasa adalah perwakilan spektral. Ia ditakrif sebagai kuasa bunyi dalam lebar bandu 1Hz pada ofset frekuensi berbeza relatif dengan frekuensi pembawa. Ia dianggap kuasa adalah seimbang dalam lebar band ini (sebagai kesimpulan)Kami boleh menggunakan berbagai ciri-ciri dan indikator prestasi untuk mengukur rantai isyarat RF. Mereka melibatkan aspek sistem yang berbeza, dan kepentingan dan relevan mereka mungkin berbeza dari aplikasi ke aplikasi. Walaupun kita tidak boleh jelaskan sepenuhnya semua faktor ini dalam artikel, jika jurutera RF boleh memahami secara mendalam ciri-ciri as as yang dibincangkan dalam artikel ini, mereka boleh mudah diubah menjadi aplikasi sasaran seperti radar, komunikasi, pengukuran, atau sistem RF lain. Keperlukan kunci dan spesifikasi teknikal. ADI bergantung pada kombinasi ekstensif industri penyelesaian RF, gelombang mikro dan gelombang milimeter, serta keahlian merancang sistem dalam, untuk memenuhi pelbagai keperluan aplikasi RF yang menuntut. Solusi ADI secara diambil dan sepenuhnya terintegrasi dari antena kepada bit ini membantu membuka seluruh spektrum dari DC ke lebih dari 100 GHz dan menyediakan prestasi yang luar biasa, menyokong komunikasi, alat ujian dan ukuran, industri, aerospace, dan pelbagai rancangan RF dan microwave dilaksanakan untuk pertahanan dan aplikasi lain.