RF prijenos: Propisi, smetnje i prijenos snage

Elektromagnetski spektar
Saznajte kako prenijeti maksimalnu snagu s vašeg pojačala na antenu i kako procijeniti tu snagu pomoću osciloskopa.

Važna karakteristika RF tehnologije je sljedeća: jedna je osoba vrlo lako spriječiti ili čak potpuno uništiti bežičnu komunikaciju druge osobe. Radio valovi putuju zrakom i dostupni su svima, uključujući one koji - namjerno ili slučajno - odašilju signale koji bi se mogli opisati kao interferencija.

Prvo, važno je shvatiti da ne možete „uništiti“ ili „oštetiti“ radio signale koji su već preneseni. Unatoč tome, učinak smetnji može biti jednak uništavanju izvornog signala, jer ugrožava sposobnost prijemnika da izvadi važne informacije sadržane u ovom signalu. Drugim riječima, informacija je i dalje prisutna, ali s obzirom na određenog primatelja, u praksi je prestala postojati.

Smetnje su stalni izazov u RF dizajnu, a širenje bežičnih uređaja ne pojednostavljuje situaciju. Postoje različiti načini da se sustav napravi otporan na smetnje, a o njima će biti govora kasnije u udžbeniku. Većina ove smetnje dolazi jednostavno iz činjenice da uređaji koji ne komuniciraju moraju često koristiti slične frekvencije nosača.

Međutim, postoji i takva stvar kao namjerno uplitanje. To se naziva ometanje; cilj je emitirati signal koji na ovaj ili onaj način sprečava ostale bežične sustave u održavanju uspješne komunikacije. Jamming je važna taktika u modernom ratovanju, a u svakodnevnom je životu smetnja (ili još gore) i potpuno je ilegalno.

 

Propisi
U početku se može činiti čudnim da će vlada regulirati bežične prijenose - možemo li doista nametnuti zakone o nečemu nematerijalnom poput elektromagnetskog zračenja? No, primjer ometanja jasno pokazuje da bi nepostojanje propisa moglo dovesti do ozbiljnih problema. Potrebna je stroga organizacija kako bi se osiguralo da se područje EMR-a ne pretvori u kaotičnu hordu interferencijskih signala.

U Sjedinjenim Državama zadatak održavanja reda u svijetu bežične komunikacije pada na Federalnu komisiju za komunikacije (FCC). Privatne i javne organizacije koje žele koristiti dio elektromagnetskog spektra moraju dobiti dozvolu FCC-a; ovo dopuštenje naziva se licencom. Postoje iznimke za sustave koji su u ograničenom rasponu i stoga malo vjerojatno da uzrokuju velike smetnje.

Maksimalna snaga
Ako vas zanimaju (legalni) radio-bežični prijenosi bez dozvole, trebate znati svoju moć prijenosa. Čak i ako su službeni propisi predstavljeni u smislu efektivnog raspona ili neke druge metričke vrijednosti, trebali biste biti u mogućnosti odrediti snagu odašiljanja koja se u tim situacijama općenito smatra prihvatljivom - a procjena snage je jednostavnija od pokušaja preciznog mjerenja raspona sustava ili jakost polja na određenoj udaljenosti od antene.

Ovaj grafikon daje granice jačine polja (za određeni raspon frekvencija) temeljene na FCC-ovim pravilima "Dio 15". Slika prilagođena Digi-Keyu
 
U RF i svim ostalim vrstama električnih krugova, snaga raspršena na komponentu jednaka je naponu preko te komponente pomnoženom sa strujom koja teče kroz komponentu. Antenu možete razmišljati kao jednostavno kondukter i stoga kao nešto s vrlo malim otporom. 

Točno je da vodič na istosmjernoj struji može imati vrlo nizak otpor, ali na višim frekvencijama antena ima značajne količine ulazne impedance. Zanima nas impedancija antene na specifičnim frekvencijama koje koristimo za prijenos našeg RF signala; trebat će nam ove informacije da bismo procijenili količinu snage isporučene anteni.

Prijenos napona prema prijenosu snage
U tipičnom digitalnom ili analognom krugu, ne želimo da žica ili PCB trag imaju otpor 50 Ω. Čini se kao strašno velik otpor nečemu što je opisano kao dirigent. 

Ali moramo imati na umu da nas u niskofrekventnim krugovima obično zanima prijenos napona, tj. Želimo osigurati da napon na ulaznom pinu bude što bliži naponu na prethodnom izlaznom pinu. Da bismo postigli dobar prijenos napona, potrebna nam je mala izlazna impedancija, niska impedancija vodiča i velika ulazna impedancija.

Međutim, u fazi izlaza RF odašiljača (ili audio pojačala) cilj je prijenos snage. Ne želimo samo premjestiti napon s jednog uređaja na drugi; želimo značajnu struju koja teče kroz antenu, tako da ona ima obilje električne energije koja se može pretvoriti u zračenu elektromagnetsku energiju.

Maksimalni prijenos snage događa se kada je jačina impedancije opterećenja jednaka veličini impedancije izvora.

Kao što vidite, snaga opterećenja (PL) je maksimalna kada je RL = RS. Primijetite, međutim, da učinkovitost (η) i dalje raste nakon ove točke. Maksimalni prijenos snage ne odgovara maksimalnoj učinkovitosti.
 
U RF krugu izlazni stupanj pojačala (i dalekovod koji povezuje pojačalo s antenom) često će imati impedanciju od 50 Ω, pa impedancija antene također mora biti 50 Ω kako bi se osigurao maksimalni prijenos snage. (Druga je važna tema ovdje "podudaranje mreža", koje se koriste za poboljšanje podudaranja impedancije između pojačala i antene; o tome će se govoriti u udžbeniku.)

Procjena moći
Prethodna rasprava objašnjava zašto možemo analizirati izlazni stupanj RF spajanjem pojačala snage na ulaz 50 osmci osciloskopa: većina RF sustava izgrađena je oko impedancije 50 Ω, i stoga će vam općenito trebati impedancija antene od 50 Ω.

Naravno, ako znate relevantne karakteristike napona i impedance vašeg kruga, jednostavno možete izračunati snagu isporučenu antenu. SPICE simulator bio bi još jedan učinkovit pristup. Ali ako ove tehnike nisu praktične u vašim okolnostima ili želite empirijsku provjeru, trebate upotrijebiti mjernu opremu.

Ako imate analizator spektra, svakako ga koristite. Dizajniran je za pružanje upravo takvih informacija. Ako nemate analizator spektra, možete upotrijebiti osciloskop. Pogledajte RMS napon signala pomoću ulaza za područje 50 Ω, a zatim izračunajte snagu kao V2 / R, gdje je R = 50 Ω.

rezime

* Elektromagnetski prijenos pažljivo je reguliran za ublažavanje problema povezanih s nenamjernim smetnjama. Namjerno uplitanje, poznato kao ometanje, nezakonito je u kontekstu civilnog života.

* U Sjedinjenim Američkim Državama, uređaji za odašiljanje uglavnom moraju imati licencu FCC.

* Rad bez dozvole moguć je pod određenim uvjetima povezanim s ograničenom snagom odašiljanja.

* Za postizanje maksimalnog prijenosa električne snage s pojačala na antenu, veličina izlazne impedance pojačala mora odgovarati veličini ulazne impedance antene.

* Snaga odašiljanja može se odrediti matematičkom analizom ili SPICE simulacijom. Može se empirijski procijeniti i pomoću spektralnog analizatora ili osciloskopa.

Ostavite poruku 

Lista Poruka