Høyfrekvent kretsdesign må gjøre rede for to viktige, om enn noe mystiske fenomener: refleksjoner og stående bølger.
Vi vet fra vår eksponering for andre grener av vitenskap at bølger er assosiert med spesielle typer oppførsel. Lysbølger brytes når de beveger seg fra ett medium (for eksempel luft) til et annet medium (for eksempel glass). Vannbølger diffrakterer når de møter båter eller store bergarter. Lydbølger forstyrrer, noe som resulterer i periodiske volumvariasjoner (kalt “beats”).

Elektriske bølger er også utsatt for atferd som vi vanligvis ikke forbinder med elektriske signaler. Den generelle mangelen på kjennskap til bølgen av elektrisitet er imidlertid ikke overraskende, fordi i mange kretsløp er disse effektene ubetydelige eller ikke-eksisterende. Det er mulig for en digital eller lavfrekvensanalog ingeniør å jobbe i årevis og designe mange vellykkede systemer uten noen gang å ha en grundig forståelse av bølgeeffektene som blir fremtredende i høyfrekvente kretsløp.

Som diskutert på forrige side, kalles en samtrafikk som er utsatt for spesiell høyfrekvens signalatferd en overføringslinje. Overføringslinjeeffekter er bare viktige når lengden på sammenkoblingen er minst en fjerdedel av signalbølgelengden; Derfor trenger vi ikke å bekymre oss for bølgeegenskaper med mindre vi jobber med høye frekvenser eller veldig lange sammenkoblinger.

Refleksjon
Refleksjon, refraksjon, diffraksjon, interferens - alle disse klassiske bølgebehandlingen gjelder elektromagnetisk stråling. Men på dette tidspunktet har vi fremdeles å gjøre med elektriske signaler, dvs. signaler som ennå ikke er konvertert av antennen til elektromagnetisk stråling, og følgelig må vi bare bekymre oss for to av disse: refleksjon og interferens.

Vi tenker generelt på et elektrisk signal som et enveis fenomen; den går fra utgangen fra en komponent til inngangen til en annen komponent, eller med andre ord, fra en kilde til en belastning. I RF-design må vi imidlertid alltid være klar over at signaler kan bevege seg i begge retninger: fra kilde til last, absolutt, men også - på grunn av refleksjoner - fra belastning til kilde.

Bølgen som ferdes langs strengen opplever refleksjon når den når en fysisk barriere.

En vannbølgenalogi
Refleksjoner oppstår når en bølge møter en diskontinuitet. Se for deg at en storm har resultert i at store vannbølger forplantet seg gjennom en normalt rolig havn. Disse bølgene kolliderer etter hvert med en solid fjellvegg. Vi vet intuitivt at disse bølgene vil reflektere fra bergveggen og forplante seg ut i havnen. Imidlertid vet vi også intuitivt at vannbølger som bryter ned på en strand sjelden vil føre til betydelig refleksjon av energi tilbake ut i havet. Hvorfor forskjellen?

Bølger overfører energi. Når vannbølger forplanter seg gjennom åpent vann, beveger denne energien seg ganske enkelt. Når bølgen når en diskontinuitet, blir imidlertid den jevne bevegelsen av energi avbrutt; når det gjelder en strand eller en steinmur, er bølgeforplantning ikke lenger mulig. Men hva skjer med energien som ble overført av bølgen? Det kan ikke forsvinne; det må enten tas opp eller reflekteres. Bergveggen tar ikke opp bølgeenergien, så refleksjon oppstår — energien fortsetter å forplante seg i bølgeform, men i motsatt retning. Stranden lar imidlertid bølgeenergien spre seg på en mer gradvis og naturlig måte. Stranden absorberer bølgenes energi, og dermed oppstår minimal refleksjon.

Fra vann til elektron
Elektriske kretsløp viser også diskontinuiteter som påvirker bølgeforplantningen; i denne sammenheng er den kritiske parameteren impedans. Se for deg en elektrisk bølge som reiser nedover en transmisjonslinje; dette tilsvarer vannbølgen midt i havet. Bølgen og den tilhørende energien forplanter seg jevnt fra kilde til belastning. Etter hvert når den elektriske bølgen imidlertid målet: en antenne, en forsterker, etc.

Vi vet fra en forrige side at maksimal kraftoverføring skjer når størrelsen på belastningsimpedansen er lik størrelsen på kildeimpedansen. (I denne sammenhengen kan "kildeimpedans" også referere til den karakteristiske impedansen til en transmisjonslinje.) Med matchede impedanser er det virkelig ingen diskontinuitet, fordi belastningen kan absorbere all bølgenes energi. Men hvis impedansene ikke samsvarer, blir bare en del av energien absorbert, og den gjenværende energien reflekteres i form av en elektrisk bølge som beveger seg i motsatt retning.

Mengden reflektert energi påvirkes av alvoret i misforholdet mellom kilde og belastningsimpedans. De to verste tilfellene er en åpen krets og en kortslutning, tilsvarende henholdsvis uendelig belastningsimpedans og null belastningsimpedans. Disse to sakene representerer en fullstendig diskontinuitet; ingen energi kan tas opp, og følgelig reflekteres all energi.

Viktigheten av å matche
Hvis du til og med har vært involvert i RF-design eller testing, vet du at impedans matching er et vanlig diskusjonsemne. Vi forstår nå at impedanser må tilpasses for å forhindre refleksjoner, men hvorfor så mye bekymring for refleksjoner?

Det første problemet er ganske enkelt effektivitet. Hvis vi har en kraftforsterker koblet til en antenne, ønsker vi ikke at halvparten av utgangseffekten skal reflekteres tilbake til forsterkeren. Hele poenget er å generere elektrisk kraft som kan konverteres til elektromagnetisk stråling. Generelt ønsker vi å flytte strøm fra kilde til last, og dette betyr at refleksjoner må minimeres.

Den andre utgaven er litt mer subtil. Et kontinuerlig signal overført gjennom en overføringslinje til en uoverensstemmende belastningsimpedans vil resultere i et kontinuerlig reflektert signal. Disse hendelser og reflekterte bølger passerer hverandre og går i motsatte retninger. Interferens resulterer i en stående bølge, dvs. et stasjonært bølgemønster lik summen av hendelsen og reflekterte bølger. Denne stående bølgen skaper virkelig toppamplitude-variasjoner langs den fysiske lengden på kabelen; visse steder har høyere toppamplitude, og andre lokasjoner har lavere toppamplitude.

Stående bølger resulterer i spenninger som er høyere enn den opprinnelige spenningen til det sendte signalet, og i noen tilfeller er effekten alvorlig til å forårsake fysisk skade på kabler eller komponenter.

Oppsummering
Elektriske bølger er gjenstand for refleksjon og interferens.
Vannbølger reflekterer når de når en fysisk hindring som en steinmur. Tilsvarende oppstår elektrisk refleksjon når et vekselstrømsignal møter en impedans diskontinuitet.
Vi kan forhindre refleksjon ved å tilpasse belastningsimpedansen til den karakteristiske impedansen til transmisjonslinjen. Dette gjør at lasten kan absorbere bølgeenergien.
Refleksjoner er problematiske fordi de reduserer mengden strøm som kan overføres fra kilde til last.
Refleksjoner fører også til stående bølger; høyamplitude-delene av en stående bølge kan skade komponenter eller kabler.

Hvis du ønsker å bygge en radiostasjon, kan du øke FM-radiosenderen eller trenger andre FM-utstyr, Ta gjerne kontakt med oss: [e-postbeskyttet].

Prev:Hva er digital signalbehandling?

Neste:Fremtiden for LPTV / TV Translator Service tar form?

Legg igjen en beskjed

Meldingsliste

Kommentarer Loading ...