Ο σχεδιασμός κυκλωμάτων υψηλής συχνότητας πρέπει να συνυπολογίζει δύο σημαντικά αλλά κάπως μυστηριώδη φαινόμενα: ανακλάσεις και στάσιμα κύματα.
Γνωρίζουμε από την έκθεσή μας σε άλλους κλάδους της επιστήμης ότι τα κύματα συνδέονται με ειδικούς τύπους συμπεριφοράς. Τα φωτεινά κύματα διαθλώνται όταν μετακινούνται από ένα μέσο (όπως ο αέρας) σε ένα διαφορετικό μέσο (όπως το γυαλί). Τα κύματα νερού διαχέονται όταν συναντούν σκάφη ή μεγάλα βράχια. Τα ηχητικά κύματα παρεμβαίνουν, με αποτέλεσμα περιοδικές μεταβολές του όγκου (που ονομάζονται "κτύποι").

Τα ηλεκτρικά κύματα υπόκεινται επίσης σε συμπεριφορά που συνήθως δεν συσχετίζουμε με ηλεκτρικά σήματα. Η γενική έλλειψη εξοικείωσης με την κυματική φύση του ηλεκτρισμού δεν προκαλεί έκπληξη, όμως, επειδή σε πολλά κυκλώματα αυτά τα αποτελέσματα είναι αμελητέα ή ανύπαρκτα. Είναι πιθανό ένας ψηφιακός μηχανικός ή ένας αναλογικός μηχανικός χαμηλής συχνότητας να εργάζεται εδώ και χρόνια και να σχεδιάζει πολλά επιτυχημένα συστήματα χωρίς ποτέ να κατανοήσει πλήρως τις επιδράσεις κυμάτων που γίνονται εμφανείς στα κυκλώματα υψηλής συχνότητας.

Όπως αναφέρθηκε στην προηγούμενη σελίδα, μια διασύνδεση που υπόκειται σε ειδική συμπεριφορά σήματος υψηλής συχνότητας καλείται γραμμή μετάδοσης. Τα εφέ της γραμμής μετάδοσης είναι σημαντικά μόνο όταν το μήκος της διασύνδεσης είναι τουλάχιστον το ένα τέταρτο του μήκους κύματος του σήματος. Επομένως, δεν χρειάζεται να ανησυχούμε για τις ιδιότητες κυμάτων εκτός εάν εργαζόμαστε με υψηλές συχνότητες ή πολύ μεγάλες διασυνδέσεις.

Αναστοχασμός
Αντανάκλαση, διάθλαση, περίθλαση, παρεμβολή - όλες αυτές οι κλασσικές συμπεριφορές κύματος ισχύουν για την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Αλλά σε αυτό το σημείο εξακολουθούμε να ασχολούμαστε με ηλεκτρικά σήματα, δηλαδή σήματα που δεν έχουν ακόμη μετατραπεί από την κεραία σε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και επομένως πρέπει να ασχοληθούμε μόνο με δύο από αυτά: την αντανάκλαση και την παρέμβαση.

Θεωρούμε γενικά ένα ηλεκτρικό σήμα ως ένα μονόδρομο φαινόμενο. ταξιδεύει από την έξοδο ενός στοιχείου στην είσοδο άλλου στοιχείου ή με άλλα λόγια από μια πηγή σε ένα φορτίο. Στον σχεδιασμό RF, πάντως, πρέπει πάντα να γνωρίζουμε το γεγονός ότι τα σήματα μπορούν να ταξιδεύουν και προς τις δύο κατευθύνσεις: από την πηγή μέχρι το φορτίο, σίγουρα, αλλά και - λόγω αντανακλαστικών - από το φορτίο στην πηγή.

Το κύμα που ταξιδεύει κατά μήκος της χορδή δοκιμάζει την αντανάκλαση όταν φθάνει σε ένα φυσικό φράγμα.

Μια αναλογία νερού-κύματος
Οι προβληματισμοί εμφανίζονται όταν ένα κύμα συναντά μια ασυνέχεια. Φανταστείτε ότι μια καταιγίδα έχει οδηγήσει σε μεγάλα κύματα νερού που διαδίδονται μέσω ενός κανονικά ήρεμου λιμανιού. Αυτά τα κύματα τελικά συγκρούονται με ένα συμπαγές τοίχο. Γνωρίζουμε διαισθητικά ότι αυτά τα κύματα θα αντανακλούν τον βράχο και θα μεταδίδονται ξανά στο λιμάνι. Ωστόσο, γνωρίζουμε επίσης διασκεδαστικά ότι τα κύματα νερού που σπάνε σε μια παραλία σπάνια θα οδηγήσουν σε σημαντική αντανάκλαση της ενέργειας πίσω στον ωκεανό. Γιατί η διαφορά;

Τα κύματα μεταφέρουν ενέργεια. Όταν τα κύματα νερού διαδίδονται μέσω ανοιχτού νερού, αυτή η ενέργεια κινείται απλά. Όταν όμως το κύμα φτάσει σε ασυνέχεια, η ομαλή κίνηση της ενέργειας διακόπτεται. στην περίπτωση μιας παραλίας ή ενός βράχου, η διάδοση των κυμάτων δεν είναι πλέον δυνατή. Αλλά τι συμβαίνει με την ενέργεια που μεταφέρεται από το κύμα; Δεν μπορεί να εξαφανιστεί. πρέπει να απορροφηθεί ή να αντανακλάται. Ο τοίχος του βράχου δεν απορροφά την ενέργεια των κυμάτων, οπότε συμβαίνει η αντανάκλαση - η ενέργεια συνεχίζει να μεταδίδεται σε μορφή κύματος, αλλά προς την αντίθετη κατεύθυνση. Η παραλία όμως επιτρέπει στην ενέργεια των κυμάτων να διαχέεται με πιο σταδιακό και φυσικό τρόπο. Η παραλία απορροφά την ενέργεια του κύματος, και έτσι λαμβάνει χώρα ελάχιστη αντανάκλαση.

Από Νερό σε Ηλεκτρόνια
Τα ηλεκτρικά κυκλώματα παρουσιάζουν επίσης ασυνέχειες που επηρεάζουν την διάδοση των κυμάτων. Στο πλαίσιο αυτό, η κρίσιμη παράμετρος είναι η σύνθετη αντίσταση. Φανταστείτε ένα ηλεκτρικό κύμα που ταξιδεύει κάτω από μια γραμμή μεταφοράς? αυτό είναι ισοδύναμο με το κύμα του νερού στη μέση του ωκεανού. Το κύμα και η σχετιζόμενη με αυτή ενέργεια μεταδίδονται ομαλά από την πηγή στο φορτίο. Τελικά, όμως, το ηλεκτρικό κύμα φτάνει στον προορισμό του: μία κεραία, ένας ενισχυτής κλπ.

Γνωρίζουμε από μια προηγούμενη σελίδα ότι η μέγιστη μεταφορά ισχύος λαμβάνει χώρα όταν το μέγεθος της εμπέδησης φορτίου είναι ίσο με το μέγεθος της σύνθετης αντίστασης πηγής. (Σε αυτό το πλαίσιο, η "αντίσταση πηγής" μπορεί επίσης να αναφέρεται στη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση μιας γραμμής μετάδοσης.) Με τις αντιστοίχως αντισταθμισμένες αντιστάσεις, δεν υπάρχει πραγματικά ασυνέχεια, επειδή το φορτίο μπορεί να απορροφήσει όλη την ενέργεια του κύματος. Αλλά αν οι αντιστάσεις δεν ταιριάζουν, μόνο κάποια ενέργεια απορροφάται και η υπόλοιπη ενέργεια αντανακλάται με τη μορφή ενός ηλεκτρικού κύματος που κινείται προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Η ποσότητα της ανακλώμενης ενέργειας επηρεάζεται από τη σοβαρότητα της αναντιστοιχίας μεταξύ της πηγής και της αντίστασης φορτίου. Τα δύο χειρότερα σενάρια είναι ένα ανοικτό κύκλωμα και ένα βραχυκύκλωμα, που αντιστοιχούν στην άπειρη αντίσταση φορτίου και την αντίσταση μηδενικού φορτίου αντίστοιχα. Αυτές οι δύο περιπτώσεις αντιπροσωπεύουν μια πλήρη ασυνέχεια. δεν μπορεί να απορροφηθεί ενέργεια, και κατά συνέπεια όλη η ενέργεια αντικατοπτρίζεται.

Η σημασία της αντιστοίχισης
Αν έχετε ακόμα εμπλακεί σε σχεδιασμό RF ή σε δοκιμές, γνωρίζετε ότι η αντιστοίχιση εμπέδησης είναι ένα κοινό θέμα συζήτησης. Καταλαβαίνουμε τώρα ότι οι αντιστάσεις πρέπει να ταιριάζουν για να αποφευχθεί η σκέψη, αλλά γιατί τόσο πολλή ανησυχία για τους προβληματισμούς;

Το πρώτο πρόβλημα είναι απλώς η αποτελεσματικότητα. Εάν έχουμε έναν ενισχυτή ισχύος συνδεδεμένο σε μια κεραία, δεν θέλουμε το μισό από την ισχύ εξόδου να ανακλάται πίσω στον ενισχυτή. Το όλο θέμα είναι η παραγωγή ηλεκτρικής ισχύος που μπορεί να μετατραπεί σε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Γενικά, θέλουμε να μεταφέρουμε την ισχύ από την πηγή στο φορτίο, και αυτό σημαίνει ότι πρέπει να ελαχιστοποιηθούν οι σκέψεις.

Το δεύτερο ζήτημα είναι λίγο πιο λεπτό. Ένα συνεχές σήμα που μεταφέρεται μέσω μιας γραμμής μετάδοσης σε μια σύνθετη αντίσταση φορτίου θα έχει ως αποτέλεσμα ένα συνεχές ανακλώμενο σήμα. Αυτά τα περιστατικά και τα ανακλώμενα κύματα περνούν το ένα το άλλο, πηγαίνοντας σε αντίθετες κατευθύνσεις Η παρεμβολή έχει ως αποτέλεσμα ένα σταθερό κύμα, δηλαδή ένα σταθερό πρότυπο κύματος ίσο με το άθροισμα των περιστατικών και των ανακλώμενων κυμάτων. Αυτό το στάσιμο κύμα δημιουργεί πραγματικά παραλλαγές ύψους κορυφής κατά μήκος του φυσικού μήκους του καλωδίου. ορισμένες θέσεις έχουν υψηλότερο πλάτος κορυφής και άλλες θέσεις έχουν μικρότερο εύρος κορυφής.

Τα στάσιμα κύματα έχουν ως αποτέλεσμα τάσεις υψηλότερες από την αρχική τάση του μεταδιδόμενου σήματος και σε ορισμένες περιπτώσεις το αποτέλεσμα είναι αρκετά σοβαρό ώστε να προκαλέσει φυσική ζημιά στα καλώδια ή τα εξαρτήματα.

Χαρακτηριστικά
Τα ηλεκτρικά κύματα υπόκεινται σε ανάκλαση και παρεμβολή.
Τα κύματα νερού αντανακλούν όταν φθάνουν σε φυσική απόφραξη όπως ένας πέτρινος τοίχος. Ομοίως, η ηλεκτρική ανάκλαση λαμβάνει χώρα όταν ένα σήμα AC συναντά μια ασυνέχεια σύνθετης αντίστασης.
Μπορούμε να αποτρέψουμε την αντανάκλαση προσαρμόζοντας την αντίσταση φορτίου στη χαρακτηριστική σύνθετη αντίσταση της γραμμής μεταφοράς. Αυτό επιτρέπει στο φορτίο να απορροφά την ενέργεια κύματος.
Οι προβληματισμοί είναι προβληματικοί επειδή μειώνουν την ποσότητα ενέργειας που μπορεί να μεταφερθεί από την πηγή στο φορτίο.
Οι προβληματισμοί οδηγούν επίσης σε στάσιμα κύματα. τα τμήματα υψηλού πλάτους ενός σταθερού κύματος μπορούν να βλάψουν τα εξαρτήματα ή τα καλώδια.

Εάν θέλετε να δημιουργήσετε έναν ραδιοφωνικό σταθμό, ενισχύστε τον πομπό ραδιοφώνου FM ή χρειάζεστε άλλο Εξοπλισμός FM, Παρακαλώ μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας: [προστασία μέσω email].

Προηγούμενο:Τι είναι η ψηφιακή επεξεργασία σημάτων;

επόμενο:Το μέλλον της υπηρεσίας μετάδοσης LPTV / TV Λαμβάνοντας σχήμα;

Αφήστε μήνυμα

Λίστα μηνυμάτων

Σχόλια Loading ...