Il-50 Ω Mistoqsija: Tqabbil tal-Impedenza fid-Disinn tal-RF

Sinjali RF tal-Ħajja Reali
It-tqabbil tal-impedenza huwa aspett fundamentali tad-disinn u l-ittestjar tal-RF; Ir-riflessi tas-sinjali kkawżati minn impedenzi mhux imqabbla jistgħu jwasslu għal problemi serji.

It-tqabbil jidher bħala eżerċizzju trivjali meta tkun qed tittratta ċirkuwitu teoretiku magħmul minn sors ideali, linja ta 'trasmissjoni u tagħbija.

Ejja nassumu li l-impedenza tat-tagħbija hija fissa. Kull ma rridu nagħmlu huwa li tinkludi impedenza tas-sors (ZS) ugwali għal ZL u mbagħad iddisinja l-linja ta 'trasmissjoni sabiex l-impedenza karatteristika tagħha (Z0) tkun ugwali għal ZL.

Imma ejja nikkunsidraw għal mument id-diffikultà tal-implimentazzjoni ta 'din l-iskema f'ċirkwit RF kumpless li jikkonsisti minn bosta komponenti passivi u ċirkwiti integrati. Il-proċess tad-disinn RF ikun serju mingħajr kontroll jekk l-inġiniera kellhom jimmodifikaw kull komponent u jispeċifikaw id-dimensjonijiet ta 'kull mikrostrip skont l-impedenza waħda magħżula bħala l-bażi għall-oħrajn kollha.

Dan ukoll jassumi li l-proġett diġà wasal fl-istadju tal-PCB. X'jiġri jekk irridu nittestjaw u jikkaratterizzaw sistema billi tuża moduli diskreti, b'kejbils barra mill-ixkaffa bħala interkonnessjonijiet? Kumpens għal impedenzi mhux imqabbla huwa iktar prattiku taħt dawn iċ-ċirkostanzi.

Is-soluzzjoni hija sempliċi: agħżel impedenza standardizzata li tista 'tintuża f'sistemi RF numerużi, u tiżgura li l-komponenti u l-kejbils huma ddisinjati kif xieraq. Din l-impedenza ġiet magħżula; l-unità hija ohms, u n-numru huwa 50.

Ħamsin Ohm
L-ewwel ħaġa li tifhem hi li m'hemm xejn intrinsikament speċjali dwar 50 Ω impedenza. Din mhix kostanti fundamentali tal-univers, għalkemm jista 'jkollok l-impressjoni li huwa jekk tqatta' biżżejjed ħin madwar inġiniera RF. Huwa lanqas kostanti fundamentali ta 'l-inġinerija elettrika. Ftakar, pereżempju, li sempliċement li tbiddel id-dimensjonijiet fiżiċi ta' kejbil koassjali tibdel l-impedenza karatteristika.

Madankollu, 50 Ω impedenza hija importanti ħafna, minħabba li hija l-impedenza li fiha huma ddisinjati l-iktar sistemi RF. Huwa diffiċli li tiddetermina eżattament għaliex 50 Ω saret l-impedenza RF standardizzata, iżda huwa raġonevoli li wieħed jassumi li 50 Ω instab li kien kompromess tajjeb fil-kuntest ta 'kejbils koassjali bikrija.

Il-kwistjoni importanti, ovvjament, mhix l-oriġini tal-valur speċifiku imma pjuttost il-benefiċċji li jkollok din l-impedenza standardizzata. Il-kisba ta 'disinn imqabbel sew hija ferm aktar sempliċi għaliex il-manifatturi ta' ICs, attenwaturi fissi, antenni u oħrajn, jistgħu jibnu l-partijiet tagħhom b'din l-impedenza. Ukoll, it-tqassim tal-PCB isir aktar sempliċi għax tant inġiniera għandhom l-istess għan, jiġifieri, li jiddisinjaw mikrostrips u striplines li għandhom impedenza karatteristika ta '50 Ω.

Skond din in-nota ta 'l-app minn Analog Devices, tista' toħloq mikrostrip ta '50 Ω kif ġej: ram ta' 1 uqija, traċċa ta '20-mil wiesgħa, separazzjoni ta' 10 mili bejn traċċa u pjan terren (jekk wieħed jassumi dielettriku FR-4).
 
Qabel ma nimxu 'l quddiem, ejja nkunu ċari li mhux kull sistema jew komponent ta' frekwenza għolja hija ddisinjata għal 50 Ω. Jistgħu jintgħażlu valuri oħra, u fil-fatt l-impedenza 75 Ω għadha komuni. L-impedenza karatteristika ta 'kejbil koassjali hija proporzjonali mal-ġurnal naturali tal-proporzjon tad-dijametru ta' barra (D2) mad-dijametru ta 'ġewwa (D1).


 

Dan ifisser li aktar separazzjoni bejn il-konduttur ta 'ġewwa u l-konduttur ta' barra tikkorrispondi għal impedenza ogħla. Separazzjoni ikbar bejn iż-żewġ kondutturi twassal ukoll għal kapaċitanza aktar baxxa. 

Għalhekk, coax 75 Ω għandha kapaċitanza aktar baxxa minn 50 Ω coax, u dan jagħmel il-kejbil 75 Ω aktar adattat għal sinjali diġitali ta 'frekwenza għolja, li jeħtieġu kapaċitanza baxxa sabiex tiġi evitata attenwazzjoni eċċessiva tal-kontenut ta' frekwenza għolja assoċjata mat-transizzjonijiet mgħaġġla bejn loġika baxxa u loġika għolja.

Koeffiċjent ta ’Riflessjoni
Meta wieħed iqis kemm hu importanti l-allinjament ta 'impedenza fid-disinn tal-RF, m'għandniex nkunu sorpriżi li naraw li hemm parametru speċifiku użat biex jesprimi l-kwalità ta' taqbila. Huwa msejjaħ il-koeffiċjent ta 'riflessjoni; is-simbolu huwa Γ (l-ittra kapitali Griega gamma). Huwa l-proporzjon tal-amplitudni kumplessa tal-mewġa riflessa għall-amplitudni kumplessa tal-mewġa inċidentali. 

Madankollu, ir-relazzjoni bejn mewġa inċidentali u mewġa riflessa hija ddeterminata mis-sors (ZS) u l-impedenzi tat-tagħbija (ZL), u b'hekk huwa possibbli li jiġi definit il-koeffiċjent ta 'riflessjoni f'termini ta' dawn l-impedenzi:

 

Jekk is- "sors" f'dan il-każ huwa linja ta 'trasmissjoni, nistgħu nibdlu l-ZS għal Z0.



F'sistema tipika, il-kobor tal-koeffiċjent ta 'riflessjoni huwa numru bejn żero u wieħed. Ejja nħarsu lejn tliet sitwazzjonijiet matematikament sempliċi biex jgħinuna nifhmu kif il-koeffiċjent ta 'riflessjoni jikkorrispondi għall-imġieba taċ-ċirkwiti attwali:

* Jekk it-taqbila hija perfetta (ZL = Z0), in-numeratur huwa żero, u għalhekk il-koeffiċjent ta 'riflessjoni huwa żero. Dan jagħmel sens għaliex it-tqabbil perfett ma jirriżulta fl-ebda riflessjoni.

* Jekk l-impedenza tat-tagħbija hija infinita (jiġifieri, ċirkwit miftuħ), il-koeffiċjent ta 'riflessjoni isir infinit maqsum f'infinità, li hija waħda. Koeffiċjent ta 'riflessjoni ta' wieħed jikkorrispondi għal riflessjoni sħiħa, jiġifieri, l-enerġija kollha tal-mewġ hija riflessa. Dan jagħmel sens minħabba li linja ta 'trasmissjoni konnessa ma' ċirkuwitu miftuħ tikkorrispondi għal kontinwità sħiħa (ara l-paġna ta 'qabel) - it-tagħbija ma tistax tassorbi l-enerġija, u għalhekk irid ikun kollu rifless.

* Jekk l-impedenza tat-tagħbija hija żero (jiġifieri, ċirkuwitu qasir), il-kobor tal-koeffiċjent ta 'riflessjoni jsir Z0 diviż b'Z0. B’hekk erġajna għandna | Γ | = 1, li jagħmel sens għaliex short circuit jikkorrispondi wkoll għal diskontinwità sħiħa li ma tistax tassorbi l-ebda enerġija tal-mewġ inċidentali.

VSWR
Parametru ieħor użat biex jiddeskrivi l-allinjament ta 'impedenza huwa l-proporzjon tal-mewġ wieqaf (VSWR). Huwa definit kif ġej:

Il-VSWR javviċina t-tqabbil tal-impedenzi mill-perspettiva tal-mewġa permanenti li tirriżulta. Iwassal il-proporzjon tal-ogħla amplitudni ta 'mewġ wieqfa għall-inqas amplitudni ta' mewġ wieqaf. Dan il-video jista 'jgħinek tara l-relazzjoni bejn l-iżbilanċ ta' impedenza u l-karatteristiċi ta 'amplitudni tal-mewġa wieqfa, u d-dijagramma li ġejja twassal karatteristiċi ta' amplitudni ta 'mewġ wieqfa għal tliet koeffiċjenti ta' riflessjoni differenti.




In-nuqqas ta ’qbil fl-impedenza jwassal għal differenza akbar bejn il-postijiet tal-ogħla amplitudni u l-inqas amplitudni tul il-mewġa wieqfa. Immaġni użata bil-kortesija tal-Interferometristi.
 
VSWR huwa komunement espress bħala proporzjon. Partita perfetta tkun 1: 1, li tfisser li l-ogħla amplitudni tas-sinjal hija dejjem l-istess (jiġifieri, m'hemm l-ebda mewġa wieqfa). Proporzjon ta '2: 1 jindika li r-riflessjonijiet irriżultaw fi mewġa wieqfa b'amplitudni massima li hija darbtejn ikbar mill-amplitudni minima tagħha.

sommarju
* L-użu ta 'impedenza standardizzata jagħmel id-disinn tar-RF ħafna iktar prattiku u effiċjenti.

* Il-biċċa l-kbira tas-sistemi RF huma mibnija madwar 50 Ω impedenza. Xi sistemi jużaw 75 Ω; dan l-aħħar valur huwa aktar xieraq għal sinjali diġitali b'veloċità għolja.

* Il-kwalità ta 'taqbila ta' impedenza tista 'tiġi espressa matematikament mill-koeffiċjent ta' riflessjoni (Γ). Logħba perfetta tikkorrispondi għal Γ = 0, u diskontinwità sħiħa (li fiha l-enerġija kollha hija riflessa) tikkorrispondi għal Γ = 1.

* Mod ieħor biex tikkwantifika l-kwalità ta 'taqbila ta' impedenza huwa l-proporzjon tal-mewġ ta 'vultaġġ wieqaf (VSWR).

Ħalli messaġġ 

Lista messaġġ