az impedancia illesztés az RF tervezés és tesztelés alapvető szempontja; a nem egyező impedanciák által okozott jelvisszaverődés súlyos problémákhoz vezethet.
az illesztés triviális feladatnak tűnik, amikor egy ideális forrásból, távvezetékből és terhelésből álló elméleti áramkörrel van dolgunk.
tegyük fel, hogy a terhelési impedancia rögzített. Csak annyit kell tennünk, hogy belefoglalunk egy ZL-vel egyenlő forrásimpedanciát (ZS), majd úgy tervezzük meg az átviteli vezetéket, hogy annak jellegzetes impedanciája (Z0) szintén egyenlő legyen ZL-vel.
de nézzük meg egy pillanatra, hogy milyen nehéz megvalósítani ezt a sémát egy komplex RF áramkörben, amely számos passzív komponensből és integrált áramkörből áll. Az RF tervezési folyamat komolyan nehézkes lenne, ha a mérnököknek minden alkatrészt módosítaniuk kellene, és minden mikroszalag méretét meg kellene határozniuk a többi impedancia alapjául választott impedancia szerint.
ez azt is feltételezi, hogy a projekt már elérte a PCB szakaszát. Mi van, ha azt akarjuk, hogy tesztelje és jellemezze a rendszer segítségével diszkrét modulok, off-the-shelf kábelek összekötők? A nem egyező impedanciák kompenzálása ilyen körülmények között még kivitelezhetetlenebb.
a megoldás egyszerű: válasszon egy szabványosított impedanciát, amely számos RF rendszerben használható, és gondoskodjon arról, hogy az alkatrészek és kábelek ennek megfelelően legyenek megtervezve. Ezt az impedanciát választották; az egység Ohm, a szám pedig 50.
ötven Ohm
az első dolog, amit meg kell érteni, hogy az 50-es Impedanciában nincs semmi különös. Ez nem az univerzum alapvető állandója, bár azt a benyomást keltheti, hogy az, ha elegendő időt tölt az RF mérnökök körül. Ez még az elektrotechnika alapvető állandója sem-ne feledje például, hogy a koaxiális kábel fizikai méreteinek egyszerű megváltoztatása megváltoztatja a jellemző impedanciát.
ennek ellenére az 50 db-os impedancia nagyon fontos, mert ez az impedancia, amely körül a legtöbb RF rendszert tervezik. Nehéz pontosan meghatározni, hogy miért lett az 50 ++ a szabványosított RF impedancia, de ésszerű feltételezni, hogy 50 a korai koaxiális kábelek jó kompromisszumnak bizonyultak.
a fontos kérdés természetesen nem a konkrét érték eredete, hanem a szabványosított impedancia előnyei. A jól illeszkedő kialakítás elérése sokkal egyszerűbb, mivel az IC-k, a rögzített csillapítók, az antennák és így tovább gyártói ezt az impedanciát szem előtt tartva építhetik alkatrészeiket. A NYÁK-elrendezés is egyszerűbbé válik, mert sok mérnöknek ugyanaz a célja, nevezetesen az 50 MHz-es jellemző impedanciájú mikroszalagok és szalagvonalak tervezése.
szerint ez app Megjegyzés analóg eszközök, akkor létrehozhat egy 50 6db mikroszalag az alábbiak szerint: 1 Uncia réz, 20 mil széles nyomvonal, 10 mil elválasztás a nyomvonal és az alapsík között (feltételezve, hogy FR-4 dielektromos).
mielőtt továbblépnénk, tisztázzuk, hogy nem minden nagyfrekvenciás rendszert vagy alkatrészt terveztek 50 db-ra. Más értékek is választhatók, és valójában 75 db-os impedancia még mindig gyakori. A koaxiális kábel jellemző impedanciája arányos a külső átmérő (D2) és a belső átmérő (D1) arányának természetes naplójával.
ez azt jelenti, hogy a belső vezető és a külső vezető közötti nagyobb elválasztás nagyobb impedanciának felel meg. A két vezető közötti nagyobb elválasztás alacsonyabb kapacitáshoz is vezet. Így a 75! számú koaxiális kábel kapacitása alacsonyabb, mint az 50! számú koaxiális kábelé, és ez a 75.számú kábelt alkalmasabbá teszi a nagyfrekvenciás digitális jelekhez, amelyek alacsony kapacitást igényelnek annak érdekében, hogy elkerüljék a nagyfrekvenciás tartalom túlzott csillapítását, ami a logikai alacsony és a logikai magas közötti gyors átmenethez kapcsolódik.
reflexiós együttható
figyelembe véve, hogy az impedancia-illesztés mennyire fontos az RF tervezésben, nem szabad meglepődnünk, hogy van egy speciális paraméter, amelyet a mérkőzés minőségének kifejezésére használnak. Ezt reflexiós együtthatónak hívják;a szimbólum az 6 (görög nagybetűk gamma). Ez a visszavert hullám komplex amplitúdójának aránya a beeső hullám komplex amplitúdójához. A beeső hullám és a visszavert hullám közötti kapcsolatot azonban a forrás (ZS) és a terhelés (ZL) impedanciái határozzák meg, így a reflexiós együtthatót ezen impedanciák alapján lehet meghatározni:
$$\Gamma= \ frac{Z_L-Z_S}{Z_L+Z_S}$$
ha a “forrás” ebben az esetben egy távvezeték, akkor a ZS-t Z0-ra változtathatjuk.
$$\Gamma=\frac{Z_L-Z_0}{Z_L+Z_0}$$
egy tipikus rendszerben a reflexiós együttható nagysága nulla és egy közötti szám. Nézzünk meg három matematikailag egyértelmű helyzetet, amelyek segítenek megérteni, hogy a reflexiós együttható hogyan felel meg az áramkör tényleges viselkedésének:
- ha az egyezés tökéletes (ZL = Z0), akkor a számláló nulla, így a reflexiós együttható nulla. Ennek van értelme, mert a tökéletes illesztés nem eredményez tükröződést.
- ha a terhelési impedancia végtelen (azaz nyitott áramkör), akkor a reflexiós együttható végtelenné válik osztva a végtelennel, ami egy. Az egyik reflexiós együttható megfelel a teljes reflexiónak, azaz., az összes hullámenergia tükröződik. Ennek azért van értelme, mert a nyitott áramkörhöz csatlakoztatott távvezeték teljes megszakításnak felel meg (lásd az előző oldalt)—a terhelés nem képes elnyelni semmilyen energiát, ezért mindennek tükröződnie kell.
- ha a terhelési impedancia nulla (azaz rövidzárlat), akkor a reflexiós együttható nagysága Z0 osztva Z0-val. Így ismét van / 6 / = 1, aminek van értelme, mert a rövidzárlat egy teljes megszakításnak is megfelel, amely nem képes elnyelni a beeső hullám energiáját.
VSWR
az impedancia illesztésének leírására használt másik paraméter a feszültség állóhullám arány (VSWR). Meghatározása a következő:
$$VSWR=\frac{1+\lvert\Gamma\rvert}{1-\lvert\Gamma\rvert}$$
a VSWR az impedancia illesztését a kapott állóhullám szempontjából közelíti meg. Közvetíti a legmagasabb állóhullám amplitúdó arányát a legalacsonyabb állóhullám amplitúdóhoz. Ez a videó segít megjeleníteni az impedancia-eltérés és az állóhullám amplitúdó-jellemzői közötti kapcsolatot, és az alábbi ábra három különböző reflexiós együttható álló hullám amplitúdó-jellemzőit mutatja be.
a nagyobb impedancia-eltérés nagyobb különbséget eredményez a legmagasabb amplitúdójú és a legalacsonyabb amplitúdójú helyek között az állóhullám mentén. A felhasznált kép az Interferometrista jóvoltából
a VSWR-t általában arányban fejezik ki. Tökéletes meccs lenne 1:1, ami azt jelenti, hogy a jel csúcs amplitúdója mindig azonos (azaz nincs állóhullám). A 2:1 arány azt jelzi, hogy a reflexiók álló hullámot eredményeztek, amelynek maximális amplitúdója kétszer akkora, mint a minimális amplitúdója.
összefoglaló
- a szabványosított impedancia használata sokkal praktikusabbá és hatékonyabbá teszi az RF tervezést.
- a legtöbb rádiófrekvenciás rendszer 50 dB Impedancia körül épül fel. Egyes rendszerek 75 db-ot használnak; ez utóbbi érték jobban megfelel a nagy sebességű digitális jeleknek.
- az impedanciaegyezés minősége matematikailag kifejezhető a reflexiós együtthatóval (6806). A tökéletes egyezés = 0-nak felel meg, a teljes diszkontinuitás (amelyben az összes energia visszatükröződik) pedig = 1-nek felel meg.
- az impedanciaegyezés minőségének számszerűsítésének másik módja a feszültség állóhullám arány (VSWR).