Memahami Refleksi dan Gelombang Tetap dalam Rekabentuk Litar RF

Isyarat RF Kehidupan Sebenar
Reka bentuk litar frekuensi tinggi mesti menjelaskan dua fenomena penting walaupun agak misteri: refleksi dan gelombang berdiri.

Kami tahu dari pendedahan kami kepada cabang sains lain bahawa gelombang dikaitkan dengan jenis tingkah laku khas. Gelombang cahaya membiaskan ketika mereka bergerak dari satu medium (seperti udara) ke medium yang berbeza (seperti kaca). 

Gelombang air meresap ketika menghadapi kapal atau batu besar. Gelombang suara mengganggu, menghasilkan variasi berkala dalam volume (disebut "beats").

Gelombang elektrik juga dikenakan tingkah laku yang biasanya tidak kita kaitkan dengan isyarat elektrik. Kurangnya keakraban umum dengan sifat gelombang elektrik tidak mengejutkan, kerana, dalam banyak rangkaian kesan ini tidak dapat diabaikan atau tidak ada. 

Adalah mungkin bagi jurutera analog digital atau frekuensi rendah bekerja selama bertahun-tahun dan merancang banyak sistem yang berjaya tanpa memperoleh pemahaman menyeluruh mengenai kesan gelombang yang menjadi terkenal dalam litar frekuensi tinggi.

Seperti yang dibincangkan di halaman sebelumnya, sambungan yang tertakluk kepada kelakuan isyarat frekuensi tinggi khas dipanggil talian penghantaran. Kesan penghantaran talian adalah penting hanya apabila panjang sambungan adalah sekurang-kurangnya satu perempat daripada panjang gelombang isyarat; Oleh itu, kita tidak perlu bimbang tentang sifat gelombang melainkan jika kita bekerja dengan frekuensi tinggi atau sambungan yang sangat panjang.

Refleksi
Pantulan, pembiasan, difraksi, gangguan — semua tingkah laku gelombang klasik ini berlaku untuk sinaran elektromagnetik. 

Tetapi pada ketika ini kita masih berurusan dengan isyarat elektrik, iaitu isyarat yang belum ditukarkan oleh antena menjadi sinaran elektromagnetik, dan akibatnya kita hanya perlu memprihatinkan diri dengan dua daripadanya: pantulan dan gangguan.

Kami biasanya memikirkan isyarat elektrik sebagai fenomena sehala; ia bergerak dari output satu komponen ke input komponen lain, atau dengan kata lain, dari sumber ke beban. Walau bagaimanapun dalam Reka bentuk RF, kita mesti sentiasa menyedari hakikat bahawa isyarat boleh bergerak dalam kedua-dua arah: dari sumber untuk memuat, pasti, tetapi juga kerana refleksi-dari beban ke sumber.

Gelombang bergerak di sepanjang tali yang dialamicrefleksi semasa mencapai halangan fizikal.

Analogi Air-Gelombang
Refleksi berlaku apabila gelombang menemui kekurangan. Bayangkan bahawa ribut telah menyebabkan gelombang air yang besar menyebarkan melalui pelabuhan yang biasanya tenang. Gelombang ini akhirnya bertembung dengan dinding batu pepejal. Kami secara intuitif tahu bahawa gelombang ini akan mencerminkan dinding batu dan menyebarkan kembali ke pelabuhan. Walau bagaimanapun, kita juga secara intuitif tahu bahawa gelombang air yang pecah ke pantai jarang sekali akan menghasilkan refleksi tenaga yang signifikan kembali ke laut. Mengapa perbezaannya?

Gelombang memindahkan tenaga. Apabila gelombang air menyebar melalui air terbuka, tenaga ini hanya bergerak. Namun, apabila gelombang mencapai ketakselanjaran, pergerakan tenaga yang lancar terganggu; dalam keadaan pantai atau dinding batu, penyebaran gelombang tidak lagi mungkin. 

Tetapi apa yang berlaku dengan tenaga yang dipindahkan oleh gelombang? Ia tidak boleh hilang; ia mesti diserap atau dipantulkan. Dinding batu tidak menyerap tenaga gelombang, jadi pantulan berlaku - tenaga terus menyebar dalam bentuk gelombang, tetapi ke arah yang berlawanan. Walau bagaimanapun, pantai ini membolehkan tenaga gelombang menghilang secara lebih beransur-ansur dan semula jadi. Pantai menyerap tenaga gelombang, dan dengan itu pantulan minimum berlaku.

Dari Air ke Elektron
Litar elektrik juga menunjukkan ketakselanjaran yang mempengaruhi perambatan gelombang; dalam konteks ini, parameter kritikal adalah impedans. Bayangkan gelombang elektrik bergerak ke saluran penghantaran; ini bersamaan dengan gelombang air di tengah lautan. 

Gelombang dan tenaga yang berkaitan dengannya menyebar dengan lancar dari sumber ke beban. Walau bagaimanapun, akhirnya, gelombang elektrik mencapai tujuannya: antena, penguat, dll.

Kami tahu dari halaman sebelumnya bahawa pemindahan daya maksimum berlaku apabila besarnya impedans beban sama dengan besarnya impedans sumber. (Dalam konteks ini "sumber impedansi" juga dapat merujuk pada karakteristik impedansi saluran transmisi.) 

Dengan impedansi yang sepadan, benar-benar tidak ada penghentian, kerana beban dapat menyerap semua tenaga gelombang. Tetapi jika impedansi tidak sepadan, hanya sebahagian tenaga yang diserap, dan tenaga yang tersisa dipantulkan dalam bentuk gelombang elektrik yang bergerak ke arah yang berlawanan.

Jumlah tenaga yang dipantulkan dipengaruhi oleh keseriusan ketidakcocokan antara sumber dan impedans beban. Dua senario terburuk adalah litar terbuka dan litar pintas, masing-masing sesuai dengan impedans beban tak terbatas dan impedans beban sifar. 

Kedua-dua kes ini menunjukkan penghentian sepenuhnya; tidak ada tenaga yang dapat diserap, dan akibatnya semua tenaga dipantulkan.

Kepentingan Pencocokan
Sekiranya anda terlibat dalam reka bentuk atau pengujian RF, anda tahu bahawa pencocokan impedan adalah topik biasa perbincangan. Sekarang kita faham bahawa impedans mesti dipadankan untuk mengelakkan refleksi, tetapi mengapa begitu banyak perhatian terhadap refleksi?

Masalah pertama ialah kecekapan. Sekiranya kita mempunyai penguat daya yang disambungkan ke antena, kita tidak mahu separuh daya output dipantulkan kembali ke penguat. 

Inti keseluruhannya adalah untuk menghasilkan tenaga elektrik yang dapat diubah menjadi sinaran elektromagnetik. Secara umum, kami ingin memindahkan daya dari sumber ke beban, dan ini bermaksud bahawa pantulan mesti diminimumkan.

Isu kedua sedikit lebih halus. Sinyal berterusan yang dipindahkan melalui saluran penghantaran ke impedans beban yang tidak sesuai akan menghasilkan isyarat pantulan berterusan. Kejadian ini dan gelombang yang dipantulkan saling melintas, menuju ke arah yang berlawanan. Gangguan mengakibatkan gelombang berdiri, iaitu, pola gelombang pegun yang sama dengan jumlah kejadian dan gelombang yang dipantulkan. 

Gelombang tegak ini benar-benar membuat variasi amplitud puncak sepanjang panjang fizikal kabel; lokasi tertentu mempunyai amplitud puncak yang lebih tinggi, dan lokasi lain mempunyai amplitud puncak yang lebih rendah.

Gelombang tetap menghasilkan voltan yang lebih tinggi daripada voltan asal isyarat yang dihantar, dan dalam beberapa kes, kesannya cukup teruk untuk menyebabkan kerosakan fizikal kepada kabel atau komponen.

Ringkasan

* Gelombang elektrik tertakluk pada pantulan dan gangguan.

* Gelombang air memantulkan ketika mencapai halangan fizikal seperti dinding batu. Begitu juga, pantulan elektrik berlaku apabila isyarat AC menghadapi ketakselanjaran impedans.

* Kita dapat mencegah pantulan dengan memadankan impedansi beban dengan ciri impedans saluran transmisi. Ini membolehkan beban menyerap tenaga gelombang.

* Pantulan bermasalah kerana mengurangkan jumlah daya yang dapat dipindahkan dari sumber ke beban.

* Pantulan juga membawa kepada gelombang berdiri; bahagian amplitud tinggi gelombang berdiri boleh merosakkan komponen atau kabel.

Tinggalkan pesanan 

Senarai mesej