Gandingan dan Kebocoran dalam Sistem RF

Isyarat RF Kehidupan Sebenar

Reka bentuk dan analisis RF memerlukan pemahaman mengenai cara-cara kompleks di mana isyarat frekuensi tinggi bergerak melalui litar sebenar.

Reka bentuk RF diketahui sangat mencabar di antara pelbagai subdisiplin kejuruteraan elektrik. Salah satu sebabnya adalah ketidakkonsistenan antara isyarat elektrik teoritis dan isyarat sinusoidal frekuensi tinggi.

Pada satu ketika, kita semua mula menyedari bahawa komponen dan wayar serta isyarat yang ideal yang terdapat dalam analisis litar teoritis sangat membantu walaupun perkiraan realiti sangat tidak tepat. Komponen mempunyai toleransi dan pergantungan suhu dan unsur parasit; wayar mempunyai rintangan, kapasitansi, dan aruhan; isyarat mempunyai bunyi. Walau bagaimanapun, banyak litar yang berjaya dirancang dan dilaksanakan dengan sedikit pertimbangan untuk ketidakpastian ini.

Model litar setara untuk "kapasitor" sebenar; pada frekuensi yang sangat tinggi sebenarnya berkelakuan seperti induktor.

Ini mungkin kerana banyak litar pada masa ini melibatkan isyarat frekuensi rendah atau digital. Sistem frekuensi rendah lebih kurang bergantung kepada isyarat dan tingkah laku komponen nonideal; akibatnya, litar frekuensi rendah cenderung menyimpang jauh lebih sedikit daripada operasi yang kita harapkan berdasarkan analisis teori. 

Sistem digital frekuensi tinggi lebih cenderung kepada nonidealities, tetapi kesan dari nonidealities ini biasanya tidak menonjol kerana komunikasi digital sememangnya kuat. 

Isyarat digital mungkin mengalami penurunan yang ketara sebagai akibat daripada tingkah laku litar nonideal, tetapi selagi penerima masih dapat membezakan logik tinggi dengan logik rendah dengan betul, sistem mengekalkan fungsi penuh.

Sudah tentu, dalam dunia RF, isyarat tidak digital dan juga frekuensi rendah. Tingkah laku isyarat yang tidak dijangka menjadi norma, dan setiap dB nisbah isyarat-ke-bunyi yang dikurangkan sesuai dengan julat yang dikurangkan, atau kualiti audio yang lebih rendah, atau peningkatan kadar kesalahan bit.

Gandingan Kapasitif
Adalah mustahak untuk memahami bahawa isyarat RF sama sekali tidak membatasi diri ke jalur konduksi yang dimaksudkan. Hal ini berlaku terutama dalam konteks papan litar bercetak, di mana pelbagai jejak dan komponen sering mempunyai sedikit pemisahan fizikal.

 

Gambarajah litar khas terdiri daripada komponen, wayar, dan ruang kosong di antara. Anggapannya adalah bahawa isyarat bergerak di sepanjang wayar dan tidak dapat melalui ruang kosong. Pada hakikatnya, ruang kosong itu dipenuhi dengan kapasitor. Kapasitansi terbentuk setiap kali dua konduktor dipisahkan oleh bahan penebat, dengan jarak fizikal yang lebih dekat sesuai dengan kapasitansi yang lebih tinggi.

Kapasitor menyekat DC dan memberikan impedans tinggi kepada isyarat frekuensi rendah. Oleh itu, kita dapat mengabaikan semua kapasitansi yang tidak disengajakan ini dalam konteks reka bentuk frekuensi rendah. Tetapi impedans menurun apabila frekuensi meningkat; pada frekuensi yang sangat tinggi, PCB diisi dengan jalur konduksi impedans yang rendah yang dibuat oleh kapasitansi parasit.

Gandingan Sinaran
Dalam dunia ideal, setiap peranti RF mempunyai satu antena. Pada hakikatnya, setiap konduktor adalah antena dalam arti bahawa ia mampu memancarkan dan menerima sinaran elektromagnetik. Oleh itu, gandingan terpancar memberikan cara lain dengan mana isyarat RF dapat melalui ruang kosong yang kononnya tidak konduktif antara simbol skematik.

Seperti biasa, masalah ini menjadi lebih serius apabila frekuensi meningkat. Antena lebih berkesan apabila panjangnya adalah pecahan penting dari panjang gelombang isyarat, dan dengan itu jejak PCB (yang biasanya agak pendek) lebih bermasalah ketika frekuensi tinggi hadir.

Istilah "gandingan terpancar" lebih tepat apabila merujuk kepada kesan jarak jauh, iaitu, gangguan yang disebabkan oleh radiasi elektromagnetik yang tidak berada di sekitar antena. Apabila konduktor pemancar dan penerima dipisahkan kurang dari satu panjang gelombang, interaksi berlaku di medan dekat. Dalam keadaan ini medan magnet mendominasi, dan akibatnya istilah yang lebih tepat adalah "gandingan induktif."

Kebocoran
Sinyal RF yang digabungkan menjadi bahagian litar yang tidak diinginkan digambarkan sebagai "bocor." Contoh kebocoran klasik digambarkan dalam rajah berikut:




Isyarat pengayun tempatan (LO) dimasukkan terus ke input LO pengadun; ini adalah jalan pengaliran yang disengajakan. Pada masa yang sama, isyarat mencari jalan konduksi yang tidak disengajakan dan berjaya bocor ke port input lain pengadun. Mencampurkan dua isyarat frekuensi dan fasa yang sama menghasilkan offset DC (magnitud ofset menurun ke arah sifar ketika perbezaan fasa menghampiri 90 ° atau –90 °). Offset DC ini merupakan cabaran reka bentuk utama berkenaan dengan seni bina penerima yang menerjemahkan isyarat input secara langsung dari frekuensi radio ke frekuensi baseband.

Jalan kebocoran lain adalah dari pengadun melalui penguat kebisingan rendah ke antena:


 

Tetapi ia tidak berhenti di situ; isyarat LO dapat dipancarkan oleh antena, dipantulkan oleh objek luaran, dan kemudian diterima oleh antena yang sama. Ini sekali lagi akan menghasilkan pencampuran diri dan offset DC yang dihasilkan, tetapi dalam kes ini, ofset akan sangat tidak dapat diramalkan — amplitud dan polaritas ofset akan dipengaruhi oleh besarnya isyarat yang dipantulkan.

Pemancar dan Penerima
Situasi lain yang membawa kepada masalah kebocoran adalah apabila peranti RF merangkumi penerima dan pemancar. Bahagian pemancar mempunyai penguat daya yang dirancang untuk menghantar isyarat kuat ke antena. Bahagian penerima dirancang untuk menguatkan dan mendemodulasi isyarat dengan amplitud yang sangat kecil. Jadi pemancar memberikan daya tinggi, dan penerima memberikan kepekaan tinggi.

Anda mungkin dapat melihat ke mana keadaan ini berlaku. Jalur gandingan boleh membolehkan output PA bocor ke rantai penerimaan; malah isyarat PA yang sangat lemah boleh menyebabkan masalah pada litar penerima sensitif.

Simplex, Dupleks
Kebocoran PA-ke-penerima ini hanya menjadi perhatian apabila litar mesti menyokong penghantaran dan penerimaan serentak. Sistem yang terdiri dari dua perangkat seperti itu — yang disebut transceiver, karena dapat berfungsi sebagai pemancar dan penerima — disebut sebagai dupleks penuh. Sistem dupleks penuh membolehkan komunikasi dua hala serentak.

Sistem half-duplex hanya menyokong komunikasi dua hala yang tidak serentak, walaupun peranti yang digunakan dalam sistem half-duplex masih menjadi transceiver kerana dapat menghantar dan menerima. Dengan peranti half-duplex kita tidak perlu bimbang kebocoran dari PA ke penerima kerana rantai penerimaan tidak aktif semasa penghantaran.

Sistem komunikasi RF sehala disebut sebagai "simplex." Contoh yang sangat biasa ialah penyiaran AM atau FM; antena stesen menghantar, dan radio kereta menerima.

Ringkasan

* Isyarat dan komponen elektrik sebenar lebih sukar untuk diramalkan dan dianalisis daripada rakan sejenisnya; ini berlaku terutamanya untuk isyarat analog frekuensi tinggi.

* Isyarat RF mudah bergerak melalui jalur konduksi yang tidak disengajakan yang dibuat oleh gandingan kapasitif, gandingan terpancar, dan gandingan induktif.
* Pergerakan isyarat RF melalui jalur konduksi yang tidak disengajakan disebut sebagai kebocoran.

* Sistem RF boleh dibahagikan kepada tiga kategori umum:

dupleks penuh (komunikasi dua hala serentak)
half duplex (komunikasi dua hala tidak serentak)
simplex (komunikasi sehala)

Tinggalkan pesanan 

Senarai mesej