RF-edastus: regulatsioonid, häired ja jõuülekanne

Elektromagnetiline spekter
Siit saate teada, kuidas võimendist maksimaalset võimsust antenni üle kanda ja kuidas seda võimsust ostsilloskoobi abil hinnata.

Raadiosagedusliku tehnoloogia oluline omadus on järgmine: ühel inimesel on suhteliselt lihtne teise inimese traadita ühendust takistada või seda isegi põhjalikult rikkuda. Raadiolained liiguvad õhu kaudu ja on kättesaadavad kõigile, sealhulgas neile, kes edastavad tahtlikult või tahtmatult signaale, mida võiks kirjeldada häiretena.

Esiteks on oluline mõista, et te ei saa juba edastatud raadiosignaale "hävitada" ega "kahjustada". Sellegipoolest võib häirete mõju olla võrdne originaalsignaali hävitamisega, kuna see kahjustab vastuvõtja võimet eraldada selles signaalis sisalduvat olulist teavet. Teisisõnu, teave on endiselt olemas, kuid konkreetse vastuvõtja suhtes on see praktikas lakanud eksisteerimast.

Interferents on raadiosageduse kujundamisel pidev väljakutse ja traadita seadmete levik ei muuda olukorda lihtsamaks. Süsteemi häirete suhtes vastupidavaks muutmiseks on mitmeid viise ja neid käsitletakse õpikus hiljem. Enamik nendest häiretest on lihtsalt tingitud asjaolust, et mittekommunikatiivsed seadmed peavad sageli kasutama sarnaseid kandesagedusi.

Siiski on olemas ka selline asi nagu tahtlik sekkumine. Seda nimetatakse segamiseks; eesmärk on levitada signaali, mis ühel või teisel viisil takistab teistel traadita süsteemidel eduka kommunikatsiooni säilitamist. Jamming on moodsa sõjapidamise oluline taktika ning igapäevaelus on see häiriv (või mis veelgi hullem) ja täiesti ebaseaduslik.

 

määrused
Esialgu võib tunduda kummaline, kui valitsus reguleerib raadiosaateid - kas me saame tõesti kehtestada seadusi nii immateriaalsele kui elektromagnetiline kiirgus? Kuid segav näide teeb selgeks, et määruste puudumine tooks kaasa tõsiseid probleeme. Range korraldus on vajalik tagamaks, et EMR-i valdkond ei halvene segavate signaalide kaootiliseks hordiks.

Ameerika Ühendriikides langeb traadita side maailmas korra hoidmise ülesanne föderaalse kommunikatsioonikomisjoni (FCC) kätte. Era- ja avalikud organisatsioonid, kes soovivad osa elektromagnetilisest spektrist ära kasutada, peavad saama FCC loa; seda luba nimetatakse litsentsiks. On erandeid süsteemide osas, mille ulatus on piiratud ja mis tõenäoliselt ei põhjusta suuri häireid.

Max Power
Kui olete huvitatud (seaduslikest) litsentsivabadest raadiosaatetest, peate teadma oma edastusvõimsust. Isegi kui ametlikud eeskirjad on esitatud efektiivse vahemiku või mõne muu mõõdiku järgi, peaksite suutma kindlaks määrata edastusvõimsuse, mida tavaliselt peetakse sellistes olukordades vastuvõetavaks - ja võimsuse hindamine on lihtsam kui süsteemi ulatuse või väljatugevus antennist teatud kaugusel.

See graafik annab FCC “Osa 15” reeglitel põhinevad väljatugevuse piirid (konkreetse sagedusvahemiku jaoks). Pilt kohandatud Digi-Key'ist
 
Raadiosageduse ja kõigi teiste tüüpi elektriskeemide korral on komponendi poolt hajutatud võimsus võrdne selle komponendi kogu pingega, mis korrutatakse komponendi kaudu voolava vooluga. Võite mõelda antennist kui lihtsalt juhist ja seetõttu midagi väga väikese takistusega. 

On tõsi, et juhil võib alalisvoolul olla väga madal takistus, kuid kõrgematel sagedustel on antennil sisendtakistus märkimisväärses koguses. Oleme huvitatud antenni takistusest kindlatel sagedustel, mida kasutame oma raadiosignaali edastamiseks; vajame seda teavet antenni tarnitud energiahulga hindamiseks.

Pinge ülekandmine vs jõuülekanne
Tüüpilises digitaalses või analooglülituses ei tahaks me, et juhtme või PCB jälgede takistus oleks 50 Ω. See näib olevat dirigendina kirjeldatu jaoks kohutavalt suur vastupanu. 

Kuid me peame meeles pidama, et madala sagedusega vooluahelates huvitab meid tavaliselt pinge ülekandmine, st tahame tagada, et sisendtihvti pinge oleks võimalikult lähedal eelmise väljundpinge pingele. Hea pingeülekande saavutamiseks vajame madalat väljundtakistust, juhtide madalat takistust ja suurt sisendtakistust.

RF-saatja (või helivõimendi) väljundjärgus on eesmärk siiski jõuülekanne. Me ei taha lihtsalt pinget ühest seadmest teise liigutada; tahame, et antenni kaudu voolaks märkimisväärne vool, nii et sellel oleks palju elektrienergiat, mille saaks muuta kiirgavaks elektromagnetiliseks energiaks.

Maksimaalne jõuülekanne toimub siis, kui koormustakistuse suurus on võrdne lähtetakistuse suurusega.

Nagu näete, on koormusvõimsus (PL) maksimaalne, kui RL = RS. Pange siiski tähele, et tõhusus (η) kasvab sellest piirist kaugemale. Maksimaalne jõuülekanne ei vasta maksimaalsele kasutegurile.
 
Raadiosagedusahelas on võimendi väljundastme (ja võimendit antenniga ühendava ülekandeliini) impedants sageli 50 Ω ja seega peab antenni impedants olema ka 50 Ω, et tagada maksimaalne jõuülekanne. (Veel üks oluline teema on siin "võrkude sobitamine", mida kasutatakse võimendi ja antenni vahelise impedantsi sobitamise parandamiseks; sellest räägitakse hiljem õpikus.)

Hinnanguline jõud
Eelnev arutelu selgitas, miks saame RF-väljundi staadiumit analüüsida, ühendades võimsusvõimendi 50 Ω ostsilloskoobi sisendiga: enamus raadiosageduslikke süsteeme on ehitatud umbes 50 Ω takistusega ja seega vajate tavaliselt 50 Ω antenni impedantsi.

Muidugi, kui teate oma vooluahela asjakohaseid pinge ja impedantsi omadusi, saate lihtsalt arvutada antenni tarnitud võimsuse. SPICE simulaator oleks veel üks tõhus lähenemisviis. Kuid kui need meetodid pole teie olukorras praktilised või kui soovite empiirilist kinnitust, peate kasutama mõõteseadmeid.

Kui teil on spektrianalüsaator, siis kasutage seda igal juhul. Selle eesmärk on anda täpselt sellist teavet. Kui teil pole spektrianalüsaatorit, võite kasutada ostsilloskoopi. Vaadake signaali RMS-pinget 50 Ω ulatuse sisendi abil ja arvutage seejärel võimsus V2 / R, kus R = 50 Ω.

kokkuvõte

* Elektromagnetiline ülekanne on hoolikalt reguleeritud, et leevendada tahtmatute häiretega seotud probleeme. Tahtlik segamine, mida nimetatakse segamiseks, on tsiviilelu kontekstis ebaseaduslik.

* Ameerika Ühendriikides peavad saateseadmed olema FCC litsentsiga.

* Litsentsivaba toimimine on võimalik piiratud edastusvõimsusega seotud tingimustel.

* Elektrivõimsuse maksimaalse ülekande saavutamiseks võimendilt antennile peab võimendi väljundtakistuse suurus vastama antenni sisendtakistuse suurusele.

* Edastusvõimsust saab määrata matemaatilise analüüsi või SPICE simulatsiooni abil. Seda saab empiiriliselt hinnata ka spektrianalüsaatori või ostsilloskoobi abil.

Jäta sõnum 

Sõnumite nimekiri