Загадка п’ятдесяти му, або «чи досягли ви узгодження» радіал

William F. Lieske, Sr. EMR-corporation, INC Arizona USA

Згадка п'ятдесяти му відноситься до опору приладів і пристроїв, таких як радіоприймач на вході, передавач на вході і виході, коаксіальні передають лінії і антенні системи.

Вихідна інформація

Протягом багатьох років використання в різних типах систем зв'язку поняття результуючої продуктивності системи було одним з тих, які складали предмет первинного інтересу компанії EMR Corporation. Мета цієї статті - представити огляд і дослідження різних аспектів, які необхідно вивчити для забезпечення максимальної ефективності експлуатації системи і її надійності за допомогою узгодження опорів різних елементів системи.

Типові передають системи

Радіочастотна потужність найбільш часто проводиться комбінуванням задає з підсилювачем потужності. Для того, щоб передати сигнал з виходу генератора, що задає на вхід підсилювача потужності, а потім від підсилювача потужності до відповідної антени в системах, що працюють в частотному діапазоні нижче 2,5ГГц, найбільш часто використовуються коаксиально-кабельні лінії передачі. Великі хвилеводи використовуються в мікрохвильових системах і при передачі телевізійних сигналів високої потужності в діапазоні UHF, в основному в більш високочастотних UHF каналах. Системи. що працюють в діапазоні вище 2,5 ГГц, в основному використовують хвилеводи для харчування антен.

Елементи типовою передавальної системи показані в вигляді блок-схеми на Рис.1. Точки, що представляють інтерес в світлі цієї статті, виділені зірочкою (*). Залежно від класу аналізованих послуг, можуть бути представлені рівні потужності в діапазоні, починаючи з настільки малих як кілька сотень милливатт, до досить високих потужностей, що досягають велику кількість кіловат.

У кожній точці, зазначеної (*) на Рис.1, має забезпечуватися прийнятне електричне узгодження, якщо необхідно досягти високої результуючої продуктивності системи. Чи складає рівень потужності мілівати або кіловати, будь-яка втрата електричної енергії небажана. При низьких рівнях потужності низька продуктивність призводить до низького рівня потужності реально переданого сигналу, що скорочує діапазони передачі. При більш високих рівнях потужності втрати збільшують витрати електроенергії, необхідної для генерування потрібної потужності. Всі елементи передавальної системи також розміщуються з ризиком надмірного нагріву важливих елементів системи і скорочення діапазону зв'язку, особливо при інтенсивній або тривалій роботі.

Де відбуваються втрати в системах передачі

Проста відповідь на це питання полягає в наступному: Все, що є провідником потужності. буде вносити вклад в втрати каналу, особливо, якщо динамічні опори всіх елементів не узгоджені між собою. Кабелі є провідниками потужності, і, отже, вносять свій вклад в втрати. Стандартне опір, характерне для систем в бездротової індустрії, становить 50 # 937 протягом, щонайменше, останніх п'ятдесяти років. Відповідно, все обладнання і кабелі повинні мати цю величину опору для забезпечення максимальної результуючої продуктивності системи. Для комплектації таких кабелів повинні використовуватися коннектори теж з опором 50 # 937

Будь ласка, зауважте, що коннектори серії «UHF», включаючи коннектори типів PL259 і SO239, все ще використовуються, були розроблені понад п'ятдесят років тому, коли частота 50 МГц вважалася «вершиною» радіодіапазоні. Ці коннектори не володіють постійним опором і можуть призводити до досить серйозних неузгодженості в важливих компонентах системи при частотах вище 30 МГц.

Ретельне вивчення коаксіальногокабелю

Коаксіальний кабель складається з «зовнішнього провідника» у вигляді трубки або обплетення і концентрично витягнутого або скрученого «внутрішнього провідника». Співвідношення розмірів внутрішнього і зовнішнього провідників, поряд з природою діелектричного ізоляційного матеріалу кабелю, визначає характеристики або «хвильовий опір» коаксіальногокабелю.

Як представлено на Рис.2, опір лінії передачі в сухому повітряному діелектрику дається наступною формулою:

(Зауваження: всі розміри повинні бути в одних і тих же одиницях виміру, напр. Дюйми, мм і т.п.)

діелектричні властивості

Термін «Діелектрик» застосовується до будь-якого матеріалу, який не є провідником електрики: ізолятор. Сухе повітря на рівні моря має діелектричну проникність дорівнює 1, всі інші ізолюючі середовища мають діелектричну проникність більше 1. Кабелі, що використовують твердий вініл або спінений діелектрик, ізолюючий розділяє матеріал у вигляді суцільного або спірально насеченной тефлону, як в сучасній конструкції кабелю, можуть мати діелектричні постійні аж до величин, в кілька разів перевищують величину діелектричної постійної сухого повітря на рівні моря. Сухий азот, інертний газ, відфільтрований через «влагопоглотитель» для повного видалення вологи, що зберігається при тиску, трохи перевищує тиск повітря на рівні моря, широко використовується в герметичних цілісних кабелях з метою забезпечення того, щоб зміни атмосферного тиску і відносній вологості не привели до зміни опору кабелю.

При роботі з високими потужностями і в області більш високих частот використовуються кабелі більшого діаметру, що мають менші втрати при заданих довжинах. Втрати кабелю зазвичай вимірюються в децибелах, дБ, на 100 футів в найбільш поширених для наземної мобільного зв'язку частотних діапазонах. Гнучкі кабелі, виготовлені відповідно до чинних протягом довгого часу стандартами RG-58 і RG-59, були замінені в більшій частині, якщо не у всіх, комерційних системах покритими сріблом провідниками з подвійною захисною оболонкою і тефлоновим ізоляційними матеріалами або спеціальними типами спінених діелектриків для зменшення втрат і суттєвого вдосконалення кабелю з точки зору захисної оболонки. У Напівгнучкі кабелях з цільними провідниками або жорстких кабелях з цільними провідниками використовуються керамічні ізоляційні матеріали або спіралеподібні, центруючі внутрішній провідник опорні конструкції з тефлону з сухої азотної герметизацією уздовж них для зменшення втрат. Такі типи кабелю знаходять застосування в додатках з підвищеними потужностями і при підвищених частотах.

Велика частина систем розподілу CATV і СCTV стандартизовані при опорі 72 # 937 багато років тому і таке системний опір продовжує використовуватися в даний час в цій промисловості. При виникненні спеціальних системних вимог, таких як при використанні кабелів в якості лінійних перетворювачів, можуть використовуватися кабелі з опором 75, 93 # 937 і з іншими спеціальними величинами опорів. Ці типи доступні від декількох виробників кабелю. При проектуванні кабельних мереж використовуються характерні довжини таких кабелів, такі, щоб опору секцій були узгоджені з приладами і електричними ланцюгами, з якими в іншому випадку вони були б неузгоджені.

Реалізм узгодження опорів

Часто передбачається, що в системі, в якій всі елементи мають опір 50 # 937, можна використовувати будь-яку довжину 50-омного кабелю, і «досконале узгодження» буде в результаті мати место.Ето справедливо тільки, коли всі елементи системи мають чисто резистивні 50 # 937 характеристики, не проявляючи ні індуктивного, ні ємнісного реактивного опорів.

БУДЬ ЛАСКА, прочитайте ще раз попередню главу

При практичному застосуванні радіочастотних приладів наявність навіть порівняно невеликих ефектів індуктивності або ємності може призвести до зниження ефективності в цілому, коли два або більше приладу з'єднані кабелями. Для узгодження кабелів необхідно розрахувати реактивну компоненту, щоб досягти найвищої можливої ​​продуктивності. Для повного розуміння того, що мається на увазі, давайте подивимося на природу підсилювачів, перш ніж звертатися до питання про опорах ліній передачі і антен.

Анатомія задаючих генераторів

Найбільш сучасна частотна генерація виконується за допомогою електронного синтезу. Гнучкість і простота, з якою сьогоднішні багато-канальні передавачі та приймачі програмуються і працюють, стала можливою за допомогою сучасної технології синтезатора «твердого тіла».

Аспекти проектування синтезаторів - це питання в собі. Сучасні задають генератори на основі твердого тіла буде задавати високо стабільний частотний канал, як запрограмовано, при низькому рівні потужності, використовуючи складний синтез частот для точного встановлення необхідних частот каналу. Зазвичай застосовують модуляцію вибіркових носіїв як частина функції синтезатора. В результаті послідовних етапів цей сигнал посилюється до рівня потужності, прийнятного для підсилювача потужності (У.М.). Цей У.М. може мати дві або більше щаблів, щоб отримати на виході необхідний рівень потужності.

У заданому генераторі виявляються різні між- ступінчасті опору, у відповідність з вибором проектувальника і доступністю активних компонент мережі. Звичайна практика полягає в проектуванні вихідного опору генератора, що задає, що дорівнює 50 # 937 при деякому заданому рівні потужності, такому як 3,5 або 10 ват. При цьому різні форми або типи У.М. використовуються, з найбільшою ймовірністю, в припущенні, що вхідний опір підсилювача буде для виходу підсилювача таким же, як створюваної «навантаженням» опір. Важливо, щоб дотримувалося адекватне узгодження опорів, так як генератор, що задає є фактично передавачем з низькою потужністю. Він буде передавати потужність на вхід У.М. найефективніше, тільки коли його вихідний опір погоджено з вхідним опором У.М.

Досить часто виникають ситуації, коли задає генератор, який може доставити необхідну потужність на У.М. виходить з ладу і генерує помилкові вихідні частоти або припиняє працювати, коли вхідний опір У.М. значно відрізняється від п'ятдесяти му, або коли між виходом генератора, що задає і входом У.М. використовується неузгоджені кабель. Коли задає генератор нормований на, скажімо, 5 ват потужності на виході і використовує вихід класу «В» або «С» поряд з налаштуванням «вихідного рівня» на деяких попередніх стадіях, часто ефективний опір може змінюватися в широкому діапазоні, так як вихідна потужність задає генератора змінюється в межах доступного налаштування діапазону потужності.

Цей факт часто спостерігають багато фахівців, при помилковому припущенні, що вихідний опір генератора, що задає постійно, незалежно від генерується.

Типові підсилювачі на твердому тілі.

Протягом багатьох років твердотільні підсилювачі були засновані виключно на технології потужних транзисторів, однак зараз промисловість все більше виробляє і використовує підсилюють прилади Power FET. Ми, однак, можемо очікувати, що використання підсилювачів з бі-полярними потужними транзисторами триватиме протягом ще декількох років, так як більшість приладів з такими компонентами були спроектовані для безпосередньої роботи від 12,6 (номінал) транспортабельних джерел потужності (VDC), в той час як прилади FET, що працюють на рівні потужності 25 ват або вище, зазвичай вимагають більш високих робочих напруг, ускладнюючи вимоги до енергопостачання, особливо в транспортних цілях.

Радіочастотні потужні транзистори, як з'ясувалося, включають прилади, що генерують потужність в діапазоні від величини, нижче 1 вата до 60 ват і більше, а прилади FET вже зараз здатні працювати з потужностями до 250 ват на виході. Традиційним в транзисторних підсилювачах потужності є використання одному щаблі з достатнім посиленням потужності, щоб запустити два або чотири «двотактних, паралельних» приладу, що живляться гібридними делителями. підключеним до їх входів, і ре-комбінувати виходи, використовуючи гібридні прилади.

Рис.3 представляє у вигляді блок-схеми типову організацію компонент в твердотільному підсилювачі. У цих контурах активні прилади зазвичай працюють в режимі класу «В», видаючи дуже невеликі кількості струму, поки не отримають збудження від сигналу, що запускає. Так як їх робота в динамічному режимі визначається рівнем запуску, то чим більше енергія запуску, тим більше буде прямий струм, що видається джерелом потужності.

Гібридні пари можуть бути типу 90 °, або, як показано на Рис.3, можуть мати конструкцію "Wilkinson", використовуючи стрічкові елементи в типовому дизайні. Лінії довжиною в дві половини довжини хвилі з опором 70 # 937 забезпечують 50-омні джерело і вихідні опору в розумних частотних діапазонах. Навантаження є 100-омні резистори, зазвичай змонтовані на тепловідведення, які також служать для розсіювання тепла, що виробляється активними елементами. Резистори розсіюють мало енергії або не розсіюється взагалі, поки на їх протилежних кінцях зсув по фазі дорівнює 180 °. і мають однакові амплітуди напруги, поки підтримується баланс в мережі.

Таким чином, конструкції підсилювачів Класів «В» і «С» повинні мати конкретний рівень вихідної потужності. і можна очікувати, що ці підсилювачі з найбільшою ефективністю працюватимуть в межах порівняно вузького інтервалу рівнів вихідної потужності. Важливо усвідомлювати, що робота конкретного підсилювача на рівнях, вищих або нижчих, ніж закладений при його проектуванні рівень вихідного значення потужності, призведе до змін в його динамічних вхідному або вихідному опорах.

Потужні підсилювачі FET чутливі до тих же самим аспектам. Їх вхідний опір багато вище, ніж у транзисторів, і правильне узгодження на вході значно більш критично, якщо потрібно досягти стабільної роботи з низьким рівнем інтермодуляції. Якщо будь-який підсилювач значно перевантажений при запуску, то часто відбувається збій приладу, якщо тільки не забезпечені певні захисні схеми ланцюга, що обмежують вхідний рівень при запуску щодо рівня вихідної потужності. Пере-збудження призведе до надмірно великим струмом в транзисторах або в приладах FET, викликаючи збій компонент і / або пошкодження монтажних плат або інших компонент через генерації зайвого тепла.

Інформація, представлена ​​на цій сторінці не є офіційною офертою.
Для уточнення актуальних параметрів зв'яжіться з відділом продажів перед оформленням замовлення.