Mõistmine sobivate võrkude vahel

Siit saate teada, miks sobitusvõrke kasutatakse ja kuidas need on kujundatud.

Arutasime iseloomuliku takistuse, ülekandeliinide ja impedantsi sobitamise üle. Me teame, et ülekandeliinidel on iseloomulik impedants ja me teame, et see takistus on raadiosagedusahelas oluline tegur, sest seisvate lainete vältimiseks ja energia tõhusaks ülekandmiseks allikast koormusele tuleb impedantsid omavahel sobitada. Ja isegi kui me ei pea konkreetset juhti käsitlema ülekandeliinina, on meil ikkagi allika ja koormuse takistused, mis tuleb omavahel sobitada.

Samuti nägime, et impedantsi sobitamist lihtsustab oluliselt standardiseeritud impedantsi väärtuste kasutamine (kõige tavalisem on 50 Ω). Tootjad kujundavad oma komponendid või ühendused 50 Ω sisendiks ja väljundiks ning paljudel juhtudel ei pea insener sobivate takistuste saavutamiseks erimeetmeid võtma.

Siiski on olukordi, kus impedantsi sobitamine nõuab täiendavat vooluahelat. Näiteks kaaluge raadiosaatjat, mis koosneb võimsusvõimendist (PA) ja antennist. Tootja saab kujundada PA 50 Ω väljundtakistuse jaoks, kuid antenni takistus varieerub vastavalt selle füüsikalistele ja ümbritsevate materjalide omadustele.

Samuti pole antenni takistus signaali sageduse suhtes konstantne. Seega võiks tootja kavandada antenni, mille takistus on 50 Ω ühel kindlal sagedusel, kuid teil võib olla mittetriviaalne ebakõla, kui kasutate antenni erineval sagedusel. Järgmine graafik on võetud pinnale paigaldatava keraamilise antenni, mis on ette nähtud 2.4–2.5 GHz süsteemidele, andmelehelt. 

Kõver vastab peegeldunud jõu ja langeva võimsuse suhtele. Näete, et impedantsi sobivuse kvaliteet halveneb kiiresti, kui signaali sagedus eemaldub 2.45 GHz-st.

Vastav võrk
Kui teie raadiosagedusahel sisaldab komponente, millel pole sobivat takistust, on teil kaks võimalust: muutke ühte komponenti või lisage vooluring, mis parandab ebakõla. Tänapäeval pole esimene võimalus üldiselt otstarbekas; tõepoolest on impedantsi reguleerimine keeruline, integreerides vooluahelat või toodetud koaksiaalkaablit füüsiliselt. 

Õnneks on teine ​​võimalus siiski täiesti piisav. Lisaskeemiks nimetatakse sobivat võrku või impedantsi trafot. Mõlemad nimed on abiks põhimõiste mõistmisel: sobitusvõrk võimaldab impedantsi õiget sobitamist, muutes allika ja koormuse vahelise impedantsi suhte.

Sobivate võrkude kujundamine ei ole eriti lihtne ja see pole midagi, mida arutame põhjalikult sellises õpikus nagu see. Sellegipoolest võime kaaluda mõnda peamist põhimõtet ja heidame pilgu ka üsna sirgjoonelisele näitele. Siin on mõned olulised punktid, mida tuleks meeles pidada:

* Allika ja koormuse vahel on ühendatud sobiv võrk ning selle vooluahel on tavaliselt konstrueeritud nii, et see kannab peaaegu kogu võimsuse koormusele, esitades sisendtakistuse, mis on võrdne allika väljundtakistuse kompleksse konjugaadiga. Teise võimalusena võite mõelda sobitusvõrgule, mis muudab allika väljundtakistust selliselt, et see oleks võrdne koormustakistuse keeruka konjugaadiga.

(Reaalsetes vooluringides pole lähteallika takistusel sageli kujuteldavat osa ja seetõttu ei pea me alati viitama keerukale konjugaadile. Võime lihtsalt öelda, et koormuse takistus peab olema võrdne lähtetakistusega, kuna keeruline konjugaat ei ole ' t oluline, kui takistus on puhtalt reaalne.)

* Tüüpilised sobitusvõrgud (nn kadudeta võrgud) kasutavad ainult reaktiivkomponente, st komponente, mis energia salvestavad, mitte ei hajuta. See omadus tuleneb loomulikult sobitusvõrgu eesmärgist, nimelt võimaldada maksimaalset jõuülekannet allikast koormusse. Kui sobiv võrk sisaldaks komponente, mis hajutavad energiat, kulutaks see osa energiast, mida proovime koormusse anda. Seega kasutavad sobivad võrgud kondensaatoreid ja induktiivpoolid, mitte takisteid.

* Lairibaühenduse võrku on keeruline kujundada. See pole üllatav, kui mäletame, et sobitusvõrk koosneb reaktiivsetest komponentidest: induktiivpoolide ja kondensaatorite takistus sõltub sagedusest; seega võib sobitusvõrku läbivate signaalide sageduse muutmine muuta selle vähem efektiivseks.

L-võrk
Kõige selgemalt sobivat võrgutopoloogiat nimetatakse L-võrguks. See viitab kaheksale erinevale L-kujulisele vooluringile, mis koosnevad kahest kondensaatorist, kahest induktiivpoolist või ühest kondensaatorist ja ühest induktiivpoolist. Järgmine diagramm näitab kaheksa L-võrgu konfiguratsiooni:

L-võrk on lihtne ja tõhus, kuid see ei sobi lairibarakenduste jaoks. Peame ka meeles pidama, et induktiivpoolid ja kondensaatorid ilmutavad kõrgete sageduste korral tõsist mitteideaalset käitumist (nagu on käsitletud 4. peatüki 1. lehes) ja seega on L-võrgu käitumine vähem ettearvatav, kui sagedused tõusevad gigahertside vahemikku.

Kindlasti on väärtuslik mõista mõisteid, mis käsitlevad võrkude ühilduvuse väärtuste käsitsi arvutamisel vastavalt allikale ja koormuse takistustele, ehkki see on rohkem akadeemiline või intellektuaalne harjutus ajastul, mil kalkulaatori tööriistad suudavad seda ülesannet hõlpsalt täita. Me ei vaata siin arvutusnäidet, kuid kasutame sobitusvõrgu mõju uurimiseks simulatsiooni.

Näide
Ütleme nii, et meie allikatakistus on 50 Ω ja antenni impedants on 200 Ω ning me töötame sagedusel 100 MHz. Kasutame L-võrku, mis koosneb induktorist ja seejärel kondensaatorist:




AAC L-võrgu kujundamise tööriist annab induktiivpoolile ja kondensaatorile järgmised väärtused: 138 nH ja 13.8 pF. See tähendab, et meie impedantsi sobitatud vooluring näeb välja selline:




Sobiva võrgu efektiivsuse hindamiseks saame käivitada simulatsiooni ja joonestada seejärel koormusel olev pinge jagatud koormusse voolava vooluga, mis on võrdne sisendtakistusega. (Sel juhul on koormusse voolav vool induktiivpooli L1 kaudu kulgev vool.) 

Vahelduvvoolu analüüs on eriti kasulik, kuna näeme, kuidas võrkude sobitamise mõju muutub sagedusega. Järgmine graafik on mõeldud simulatsiooniks sagedusvahemikus 10 MHz kuni 190 MHz (st 90 MHz kõrgemal ja allpool sagedust, mille jaoks sobiv võrk oli kavandatud). Siin on tulemused:

 
Nagu näete, on 100 MHz sagedusel koormus väga lähedane 50 Ω allika impedantsiga, hoolimata asjaolust, et algsel koormusel on impedants 200 Ω. Kuid me ütlesime eespool, et L-võrk ei ole lairiba topoloogia ja simulatsioon kinnitab seda kindlasti: sisendtakistus muutub kiiresti, kui signaali sagedus eemaldub 100 MHz-st.

kokkuvõte
* Vastava impedantsi loomiseks allika ja koormuse vahel (näiteks võimsusvõimendi ja antenni vahel) kasutatakse sobivat võrku, mida nimetatakse ka impedantsitrafoks.

* Kadudeta võrgud koosnevad ainult reageerivatest komponentidest; takistuslikke komponente välditakse, kuna need hajutavad energia, samas kui sobitusvõrgu eesmärk on hõlbustada jõu ülekandmist allikast koormusele.

* Otsene, kitsasribaline sobitusvõrgu topoloogia on L-võrk. See koosneb kahest reaktiivsest komponendist.

* Kalkulaatori tööriistu saab kasutada sobitusvõrgu kiireks kujundamiseks, lähtudes allika takistusest, koormuse takistusest ja signaali sagedusest. 

Jäta sõnum 

Sõnumite nimekiri