Kõrgsagedusliku vooluahela kujundamisel tuleb arvestada kahte olulist, kuigi pisut müstilist nähtust: peegeldusi ja seisvaid laineid.
Kokkupuutel teiste teadusharudega teame, et lained on seotud eriliigilise käitumisega. Heledad lained murduvad, kui nad liiguvad ühest keskkonnast (näiteks õhk) teisest keskkonnast (näiteks klaasist). Veelained hajuvad, kui nad satuvad paatide või suurte kaljude vahele. Helilained segavad, põhjustades perioodilisi helitugevuse varieerumisi (nn “lööki”).

Elektrilainete suhtes rakendatakse ka käitumist, mida me tavaliselt elektriliste signaalidega ei seosta. Elektrienergia lainekujunduse üldine tundmatus pole siiski üllatav, kuna paljudes vooluringides on need mõjud ebaolulised või olematud. Digitaal- või madalsagedus-analoog-inseneril on võimalik töötada aastaid ja kavandada paljusid edukaid süsteeme, omandamata kunagi põhjalikku arusaamist kõrgsagedusahelates silmapaistvateks laineefektidest.

Nagu eelmisel lehel räägiti, nimetatakse ülekandeliiniks ühendust, mille suhtes rakendatakse erilist kõrgsagedussignaali käitumist. Edastusliiniefektid on olulised ainult siis, kui ühenduse pikkus on vähemalt üks neljandik signaali lainepikkusest; seega ei pea me muretsema laineomaduste pärast, kui me ei tööta kõrgete sageduste või väga pikkade ühendustega.

Peegeldus
Peegeldus, murdumine, difraktsioon, interferents - kõik need klassikalised laineharjumused kehtivad elektromagnetilise kiirguse suhtes. Kuid praegusel hetkel käsitleme endiselt elektrilisi signaale, st signaale, mida antenn ei ole veel elektromagnetiliseks kiirguseks muundanud, ja järelikult peame tegelema ainult kahega neist: peegelduse ja häiretega.

Üldiselt arvame elektrisignaali kui ühesuunalist nähtust; see liigub ühe komponendi väljundist teise komponendi sisendisse ehk teisisõnu lähtest koormusse. RF-kujunduses peame aga alati olema teadlikud asjaolust, et signaalid võivad liikuda mõlemas suunas: kindlasti allikast koormuseni, aga ka peegelduste tõttu koormusest allikani.

Nööri mööda liikuv laine kogeb füüsilise tõkkeni jõudes peegeldust.

Veelaine analoogia
Peegeldused tekivad, kui laine puutub kokku katkendlikkusega. Kujutage ette, et tormi tagajärjel levivad tavaliselt rahuliku sadama kaudu suured veelained. Need lained põrkuvad lõpuks kindla kivimüüriga. Me intuitiivselt teame, et need lained peegelduvad kivimüürilt ja levivad tagasi sadamasse. Kuid me teame ka intuitiivselt, et rannale puhkevad veelained põhjustavad harva energia olulist peegeldumist tagasi ookeani. Miks erinevus?

Lained edastavad energiat. Kui veelained levivad läbi avatud vee, liigub see energia lihtsalt edasi. Kui laine jõuab katkendlikkusse, katkeb energia sujuv liikumine; ranna või kaljuseina puhul pole lainete levik enam võimalik. Mis saab aga laine poolt üle kantud energiast? See ei saa kaduda; see peab olema kas imendunud või peegeldunud. Kivimüür ei ima laineenergiat, seetõttu toimub peegeldus - energia levib edasi lainekujul, kuid vastupidises suunas. Rand aga laseb laineenergial hajuda järkjärgulisemal ja loomulikumal viisil. Rand neelab laine energiat ja seega toimub minimaalne peegeldus.

Veest elektronideni
Elektriskeemides esinevad ka katkendused, mis mõjutavad lainete levikut; selles kontekstis on kriitiliseks parameetriks impedants. Kujutage ette elektrilainet, mis liigub mööda ülekandeliini; see on samaväärne veelainega keset ookeani. Laine ja sellega seotud energia levivad sujuvalt allikast koormuseni. Lõpuks jõuab elektrilaine siiski sihtkohta: antenn, võimendi jne.

Eelmisest lehest teame, et maksimaalne jõuülekanne toimub siis, kui koormuse takistuse suurus on võrdne lähtetakistuse suurusega. (Selles kontekstis võib „lähteallika takistus” viidata ka ülekandeliini iseloomulikule impedantsile.) Kooskõlastatud impedantsidega ei esine tõepoolest katkendlikkust, kuna koormus suudab neelata kogu laine energiat. Kuid kui takistusi ei sobitata, neeldub ainult osa energiast ja ülejäänud energia peegeldub vastupidises suunas liikuva elektrilaine kujul.

Peegeldunud energia kogust mõjutab allika ja koormuse impedantsi mittevastavuse tõsidus. Kaks halvimat stsenaariumi on avatud vooluring ja lühis, mis vastavad vastavalt lõpmatule koormustakistusele ja nullkoormuse takistusele. Need kaks juhtumit tähistavad täielikku katkevust; energiat ei saa imenduda ja järelikult peegeldub kogu energia.

Sobitamise olulisus
Kui olete isegi osalenud raadiosageduse kujundamisel või testimisel, teate, et impedantsi sobitamine on tavaline aruteluteema. Me mõistame nüüd, et peegelduste vältimiseks tuleb impedantsid kokku sobitada, kuid miks muretseb peegelduste pärast nii palju?

Esimene probleem on lihtsalt tõhusus. Kui meil on antenniga ühendatud võimendi, siis ei taha me, et pool väljundvõimsusest peegelduks võimendisse. Kogu mõte on genereerida elektrienergiat, mille saab muuta elektromagnetiliseks kiirguseks. Üldiselt tahame energiat energiaallikast koormusse teisaldada ja see tähendab, et peegeldusi tuleb minimeerida.

Teine number on pisut peenem. Pidev signaal, mis edastatakse ülekandeliini kaudu sobimatu koormuse impedantsiga, annab pideva peegeldunud signaali. Need juhtumised ja peegeldunud lained läbivad üksteist, minnes vastupidises suunas. Interferentsi tulemuseks on seisulaine, st liikumatu lainekuju, mis on võrdne juhtumi ja peegeldunud lainete summaga. See seisev laine tekitab tõepoolest amplituudi tippväärtusi kaabli füüsilises pikkuses; teatud kohtadel on suurem piigi amplituud ja teistes kohtades on väikseim piigi amplituud.

Seisvate lainete tulemuseks on edastatud signaali algsest pingest kõrgemad pinged ja mõnel juhul on mõju piisavalt tugev, et põhjustada kaablite või komponentide füüsilist kahjustamist.

kokkuvõte
Elektrilained mõjutavad peegeldumist ja häireid.
Veelained peegeldavad, kui nad jõuavad füüsilise takistuseni, näiteks kivisein. Samamoodi toimub elektriline peegeldus, kui vahelduvvoolu signaal puutub kokku impedantsi katkendlikkusega.
Peegelduse vältimiseks saame koormustakistuse sobitamise ülekandejoone iseloomuliku takistusega. See võimaldab koormusel laineenergiat neelata.
Peegeldused on probleemsed, kuna need vähendavad vooluhulka, mida saab allikast laadimisse üle kanda.
Peegeldused põhjustavad ka seisvaid laineid; seisva laine suure amplituudiga osad võivad komponente või kaableid kahjustada.

Kui soovite raadiojaama ehitada, täiustage oma FM-raadiosaatjat või vajate mõnda muud FM-seadmed, palun võtke meiega ühendust: [meiliga kaitstud].

Eelmine:Mis on digitaalne signaalitöötlus?

Järgmine:Kas LPTV / TV-tõlkijate teenuse tulevik on kujunemas?

Jäta sõnum

Sõnumite nimekiri

Kommentaarid Laadimine ...