انتقال RF: مقررات ، تداخل و انتقال نیرو

طیف الکترومغناطیسی
در مورد چگونگی انتقال حداکثر نیرو از تقویت کننده به آنتن ، و چگونگی تخمین این نیرو با استفاده از اسیلوسکوپ بیاموزید.

ویژگی مهم فن آوری RF موارد زیر است: برای یک شخص می توان ارتباط بی سیم شخص دیگر را مانع یا حتی کاملاً خراب کرد. امواج رادیویی از طریق هوا حرکت می کنند و در دسترس همه قرار می گیرند ، از جمله کسانی که- عمدا یا به طور تصادفی- سیگنال هایی را انتقال می دهند که می توان آنها را به عنوان دخالت توصیف کرد.

اول ، درک این نکته مهم است که شما نمی توانید سیگنال های رادیویی را که قبلاً منتقل شده اند "تخریب" یا "آسیب رسان" کنید. با این وجود ، اثر تداخل می تواند معادل تخریب یک سیگنال اصلی باشد زیرا توانایی گیرنده در استخراج اطلاعات مهم موجود در این سیگنال را به خطر می اندازد. به عبارت دیگر ، این اطلاعات هنوز موجود است ، اما با توجه به گیرنده خاصی که دارد ، در عمل متوقف شده است.

تداخل یک چالش مداوم در طراحی RF است و گسترش دستگاههای بی سیم باعث ساده تر شدن اوضاع نمی شود. روشهای مختلف ساخت سیستم مقاوم در برابر تداخل وجود دارد و این موارد بعداً در کتاب درسی مورد بحث قرار خواهد گرفت. بیشتر این تداخل ها به این دلیل است که دستگاه های غیر برقراری ارتباط اغلب باید از فرکانس های حامل مشابه استفاده کنند.

با این حال ، چنین چیزی وجود دارد که دخالت عمدی است. این امر به اصطلاح "jamming" گفته می شود. هدف این است که سیگنالی پخش شود که از یک طریق یا روش دیگر مانع از برقراری ارتباط موفق سایر سیستمهای بی سیم شود. مسخره کردن یک تاکتیک مهم در جنگ مدرن است و در زندگی روزمره یک مزاحمت است (یا بدتر) و کاملاً غیرقانونی است.

 

آیین نامه ها
در ابتدا ممکن است عجیب به نظر برسد که دولت بتواند انتقال وایرلس را تنظیم کند - آیا واقعاً می توانیم قوانینی را به عنوان غیرممکن بودن به عنوان تابش الکترومغناطیسی تحمیل کنیم؟ اما مثال جالب توجه این مسئله را روشن می کند که نبود مقررات منجر به مشکلات جدی خواهد شد. سازمان دقیق باید برای اطمینان از اینكه قلمرو EMR به یك گروه پر هرج و مرج از سیگنالهای مداخله زا بدل نشود ، ضروری باشد.

در ایالات متحده وظیفه حفظ نظم در دنیای ارتباطات بی سیم بر عهده کمیسیون ارتباطات فدرال (FCC) است. سازمانهای خصوصی و دولتی که مایل به استفاده از بخشی از طیف الکترومغناطیسی هستند باید از FCC مجوز بگیرند. این مجوز به عنوان مجوز شناخته می شود. استثنائاتی برای سیستم هایی وجود دارد که دامنه محدود دارند و بنابراین بعید به نظر می رسند اختلال بزرگی ایجاد کنند.

حداکثر قدرت
اگر به انتقال رادیویی بدون مجوز (قانونی) علاقه دارید ، باید قدرت انتقال خود را بدانید. حتی اگر مقررات رسمی از نظر دامنه مؤثر یا برخی از متریکهای دیگر ارائه شده باشد ، باید بتوانید قدرت انتقال را که معمولاً در این شرایط قابل قبول تلقی می شود تعیین کنید - و تخمین قدرت آسانتر از تلاش برای اندازه گیری دقیق دامنه سیستم یا قدرت میدان در فاصله مشخصی از آنتن.

این طرح محدودیت های قدرت میدان (برای محدوده مشخصی از فرکانس ها) را بر اساس قوانین "قسمت 15" FCC ارائه می دهد. تصویر اقتباس از Digi-Key
 
در RF و انواع دیگر مدارهای الکتریکی ، توان اتلاف شده توسط یک قطعه برابر است با ولتاژ موجود در آن قطعه که در جریان جریان از طریق مؤلفه ضرب می شود. شما ممکن است یک آنتن را به عنوان یک هادی و بنابراین به عنوان چیزی با مقاومت بسیار کمی فکر کنید. 

درست است که یک هادی می تواند از مقاومت بسیار کمی در DC برخوردار باشد ، اما در فرکانس های بالاتر آنتن دارای مقادیر قابل توجهی امپدانس ورودی است. ما علاقه مند به امپدانس آنتن در فرکانسهای خاصی هستیم که برای انتقال سیگنال RF خود استفاده می کنیم. برای برآورد میزان توان تحویل شده به آنتن ، به این اطلاعات نیاز خواهیم داشت.

انتقال ولتاژ در مقابل انتقال نیرو
در یک مدار دیجیتال یا آنالوگ معمولی ، ما نمی خواهیم یک ردیف سیم یا PCB مقاومت 50 Ω داشته باشد. به نظر می رسد مقاومت بسیار بالایی برای چیزی که به عنوان هادی توصیف می شود ، باشد. 

اما باید به یاد داشته باشیم که در مدارهای با فرکانس پایین ما معمولاً علاقه مند به انتقال ولتاژ هستیم ، یعنی می خواهیم اطمینان حاصل کنیم که ولتاژ در پین ورودی به حد ممکن نزدیک به ولتاژ در پین خروجی قبلی است. برای دستیابی به انتقال ولتاژ خوب ، ما به مقاومت کافی در برابر خروجی ، مقاومت مقاومت رسانای کم و مقاومت بالا در ورودی نیاز داریم.

با این حال ، در مرحله خروجی فرستنده RF (یا یک تقویت کننده صوتی) ، هدف انتقال نیرو است. ما فقط نمی خواهیم ولتاژ را از یک دستگاه به وسیله دیگر منتقل کنیم. ما می خواهیم جریان قابل توجهی از طریق آنتن جاری شود ، به طوری که انرژی الکتریکی زیادی دارد که می تواند به انرژی تابش الکترومغناطیسی تبدیل شود.

حداکثر انتقال نیرو زمانی اتفاق می افتد که مقدار مقاومت امپدانس بار برابر با مقدار امپدانس منبع باشد.

همانطور که مشاهده می کنید ، در صورت RL = RS توان بار (PL) حداکثر است. با این حال ، توجه کنید که بازده (η) فراتر از این نقطه در حال افزایش است. حداکثر انتقال نیرو با حداکثر راندمان مطابقت ندارد.
 
در مدار RF ، مرحله خروجی آمپلی فایر (و خط انتقال که آمپلی فایر را به آنتن وصل می کند) غالباً دارای امپدانس 50 Ω میباشند و بنابراین ، امپدانس آنتن نیز باید 50 Ω باشد تا از حداکثر انتقال نیرو اطمینان حاصل شود. (موضوع مهم دیگر در اینجا "شبکه های تطبیق" است که برای بهبود تطبیق امپدانس بین یک تقویت کننده و آنتن استفاده می شود. این موضوع بعداً در کتاب درسی مورد بحث قرار خواهد گرفت.)

تخمین قدرت
بحث قبلی توضیح می دهد که چرا ما می توانیم با اتصال آمپلی فایر قدرت به ورودی اسیلوسکوپ 50 Ω ، یک مرحله خروجی RF را تجزیه و تحلیل کنیم: بیشتر سیستم های RF در حدود 50 Ω امپدانس ساخته شده اند ، و بنابراین به طور کلی به یک امپدانس آنتن 50 Ω احتیاج خواهید داشت.

البته اگر از ولتاژ و امپدانس مربوطه مدار خود را بدانید ، می توانید به سادگی توان تحویل شده به آنتن را محاسبه کنید. یک شبیه ساز SPICE یک روش موثر دیگر خواهد بود. اما اگر این تکنیک ها در شرایط شما عملی نیستند ، یا می خواهید تأیید تجربی کنید ، باید از تجهیزات اندازه گیری استفاده کنید.

اگر آنالایزر طیف دارید ، به هر معنی از آن استفاده کنید. به گونه ای طراحی شده است که دقیقاً این نوع اطلاعات را ارائه می دهد. اگر آنالایزر طیف ندارید ، می توانید از اسیلوسکوپ استفاده کنید. ولتاژ RMS سیگنال را با استفاده از ورودی 50 Ω بررسی کنید و سپس توان را به عنوان V2 / R محاسبه کنید ، جایی که R = 50 Ω است.

خلاصه

* انتقال الکترومغناطیسی با دقت تنظیم شده است تا مشکلات مرتبط با دخالت غیر عمدی را کاهش دهد. مداخلات عمدی ، معروف به کلاهبرداری ، در زمینه زندگی غیرنظامی غیرقانونی است.

* در ایالات متحده آمریکا ، دستگاه های انتقال دهنده معمولاً باید توسط FCC مجوز بگیرند.

* عملیات بدون مجوز تحت شرایط خاصی در ارتباط با توان انتقال محدود امکان پذیر است.

* برای دستیابی به حداکثر انتقال قدرت الکتریکی از یک تقویت کننده به آنتن ، مقدار مقاومت امپدانس خروجی تقویت کننده باید با بزرگی امپدانس ورودی آنتن مطابقت داشته باشد.

* قدرت انتقال را می توان از طریق تجزیه و تحلیل ریاضی یا شبیه سازی SPICE تعیین کرد. همچنین می توان با استفاده از آنالایزر طیف یا اسیلوسکوپ به صورت تجربی تخمین زد.

ترک یک پیام 

فهرست پیام