임피던스 매칭은 기본적인 측면 RF 을 디자인하고 테스트하는;신호 반사로 인해 발생 일치하지 않는 임피던스이 심각한 문제가 발생할 수 있습니다.
매칭은 이상적인 소스,전송 라인 및 부하로 구성된 이론적 회로를 다룰 때 사소한 연습처럼 보입니다.
부하 임피던스가 고정되어 있다고 가정 해 봅시다. 우리가 해야 할 일은 소스 임피던스를 포함하는 것입니다.
그러나 수많은 수동 구성 요소와 집적 회로로 구성된 복잡한 무선 주파수 회로 전반에 걸쳐 이러한 방식을 구현하는 데 어려움을 잠시 생각해 봅시다. 엔지니어가 모든 구성 요소를 수정하고 모든 마이크로 스트립의 치수를 다른 모든 구성 요소의 기초로 선택한 임피던스에 따라 지정해야한다면 무선 주파수 설계 프로세스는 심각하게 다루기 어려울 것입니다.
또한,이 프로젝트는 이미 인쇄 회로 기판 단계에 도달했다고 가정합니다. 상용 케이블을 상호 연결로 사용하여 개별 모듈을 사용하여 시스템을 테스트하고 특성화하려는 경우 어떻게해야합니까? 이러한 상황에서 일치하지 않는 임피던스를 보상하는 것은 훨씬 더 비현실적입니다.
해결책은 간단하다:수많은 무선주파수 시스템에서 사용될 수 있는 표준화된 임피던스를 선택하고,부품과 케이블이 그러므로 디자인된다는 것을 확인하십시오. 이 임피던스는 선택되었습니다;단위는 옴이고,수는 50 입니다.
50 옴
가장 먼저 이해해야 할 것은 50 개의 임피던스에 대해 본질적으로 특별한 것은 없다는 것입니다. 이것은 우주의 근본적인 상수는 아니지만,당신은 당신이 무선 주파수 엔지니어 주위에 충분한 시간을 보내는 경우 인 인상을 얻을 수 있습니다. 예를 들어,동축 케이블의 물리적 치수를 단순히 변경하면 특성 임피던스가 변경된다는 것을 기억하십시오.
그럼에도 불구하고,50 임피던스는 대부분의 무선주파수 시스템이 설계되는 임피던스이기 때문에 매우 중요하다. 그것은 결정하기 어려운 이유를 정확하게 50Ω 되었다는 표준화된 RF 임피던스,그러나 그것의 합리적인 가정하 50Ω 다는 것을 발견했 좋은 타협의 컨텍스트에서는 초 동축 케이블을 답니다.
물론 중요한 문제는 특정 값의 기원이 아니라이 표준화 된 임피던스를 갖는 것의 이점입니다. 잘 일치하는 디자인을 달성하는 것은 광막하게 더 간단합니다. 또한,많은 엔지니어들이 동일한 목표를 가지고 있기 때문에 인쇄 회로 기판 레이아웃이 더 간단하게된다,즉,의 특성 임피던스를 가지고 마이크로 스트립과 스트립 라인을 설계하는 50.
아날로그 장치에서이 응용 프로그램 노트에 따르면,다음과 같이 50,000,000 마이크로 스트립을 만들 수 있습니다: 1 온스 구리,20 밀 폭 자취,자취와 지상 비행기 사이 10 밀 별거(프르 4 유전체를 추측하는).
우리가 이동하기 전에,의 모든 고주파 시스템 또는 구성 요소가 50,000,000 을 위해 설계되지 않았 음을 분명히하자. 다른 값을 선택할 수 있으며 실제로 75 개의 임피던스가 여전히 일반적입니다. 동축 케이블의 특성 임피던스는 외경(디 2)과 내경(디 1)의 비율의 자연 로그에 비례합니다.
이는 내부 도체와 외부 도체 사이의 더 많은 분리가 더 높은 임피던스에 해당한다는 것을 의미합니다. 두 도체 사이의 큰 분리는 또한 낮은 커패시턴스로 이어집니다. 따라서,75,000,000 동축 케이블은 50,000,000 동축 케이블보다 낮은 커패시턴스를 가지며,이로 인해 75,000,000 동축 케이블은 고주파 디지털 신호에 더 적합하며,이는 로직 로우 및 로직 하이 사이의 빠른 전이와 관련된 고주파 콘텐츠의 과도한 감쇠를 피하기 위해 낮은 커패시턴스를 필요로한다.
반사 계수
무선주파수 설계에서 임피던스 정합이 얼마나 중요한지를 고려할 때,우리는 일치의 품질을 표현하는 데 사용되는 특정 매개 변수가 있다는 것을 알면 놀라지 않을 것입니다. 그것은 반사 계수라고하며,기호는 다음과 같습니다.(그리스 대문자 감마). 그것은 입사 파의 복잡한 진폭에 대한 반사파의 복잡한 진폭의 비율입니다. 그러나 입사파와 반사파의 관계는 소스 임피던스와 부하 임피던스에 의해 결정되므로 이러한 임피던스와 관련하여 반사 계수를 정의할 수 있습니다:
$$\이 경우”소스”가 전송선 인 경우 지를 지 0 으로 변경할 수 있습니다.일반적인 시스템에서는 반사 계수의 크기가 0 과 1 사이의 숫자입니다. 반사 계수가 실제 회로 동작에 어떻게 대응하는지 이해하는 데 도움이되는 수학적으로 간단한 세 가지 상황을 살펴 보겠습니다:
- 이 경우 분자는 0 이므로 반사 계수는 0 입니다. 이는 완벽한 일치가 반사되지 않기 때문에 의미가 있습니다.
- 부하 임피던스가 무한(즉,개방 회로)인 경우,반사 계수는 무한대를 무한대로 나눈 값,즉 1 이됩니다. 하나의 반사 계수는 전체 반사에 해당합니다.,모든 파동 에너지가 반영됩니다. 이것은 개방 회로에 연결된 전송선이 완전한 불연속성에 해당하기 때문에 의미가 있습니다(이전 페이지 참조)—부하는 에너지를 흡수 할 수 없으므로 모두 반사되어야합니다.
- 부하 임피던스가 0 이면(즉,단락)반사 계수의 크기는 지 0 을 지 0 으로 나눕니다. 따라서 우리는 다시|1|=1 을 가지고 있는데,이는 단락이 입사 파동 에너지를 흡수 할 수없는 완전한 불연속성에 해당하기 때문에 의미가 있습니다.
임피던스 매칭을 설명하기 위해 사용되는 또 다른 파라미터는 전압 정재파비이다. 이는 다음과 같이 정의된다.
그것은 가장 낮은 서 있는 파 진폭에 가장 높은 서 있 파 진폭의 비율을 전합니다. 이 비디오는 임피던스 불일치와 정재파의 진폭 특성 간의 관계를 시각화하는 데 도움이 될 수 있으며 다음 다이어그램은 세 가지 다른 반사 계수에 대한 정재파 진폭 특성을 전달합니다.
더 많은 임피던스 불일치는 정재파를 따라 가장 높은 진폭과 가장 낮은 진폭 위치 사이에 더 큰 차이를 초래합니다. 간섭사
의 이미지 사용 예의는 일반적으로 비율로 표시됩니다. 완벽한 경기는 1 이 될 것입니다:도 1 은 신호의 피크 진폭이 항상 동일하다는 것을 의미한다(즉,정재파가 없다). 2:1 의 비율은 반사가 최소 진폭의 두 배 큰 최대 진폭을 가진 정재파를 초래했음을 나타냅니다.
요약
- 표준화된 임피던스를 사용하면 무선주파수 설계가 훨씬 더 실용적이고 효율적입니다.
- 대부분의 무선주파수 시스템은 50 개의 임피던스를 중심으로 구축됩니다. 일부 시스템은 75 를 사용합니다.이 후자의 값은 고속 디지털 신호에 더 적합합니다.
- 임피던스 매치의 품질은 반사 계수(6806)에 의해 수학적으로 표현 될 수있다. 완벽한 일치는 0=0 에 해당하고,완전한 불연속성(모든 에너지가 반사되는)은 0=1 에 해당합니다.
- 임피던스 매치의 품질을 정량화하는 또 다른 방법은 전압 정재파비입니다.