RF prenos: predpisi, motnje in prenos energije

Elektromagnetni spekter
Preberite več o prenosu največje moči iz ojačevalnika na anteno in kako ocenite to moč z osciloskopom.

Pomembna značilnost RF tehnologije je naslednja: ena oseba razmeroma enostavno ovira ali celo temeljito pokvari brezžično komunikacijo druge osebe. Radijski valovi potujejo po zraku in so na voljo vsem, tudi tistim, ki - namerno ali po naključju - oddajajo signale, ki bi jih lahko opisali kot motnje.

Najprej je pomembno razumeti, da že oddanih radijskih signalov ne morete "uničiti" ali "poškodovati". Kljub temu je učinek motenj enakovreden uničenju izvirnega signala, ker ogroža sposobnost sprejemnika, da pridobi pomembne informacije, vsebovane v tem signalu. Z drugimi besedami, informacije so še vedno prisotne, vendar v zvezi z določenim sprejemnikom v praksi prenehajo obstajati.

Vmešavanje je stalni izziv pri oblikovanju RF, širjenje brezžičnih naprav pa ne poenostavlja položaja. Obstajajo različni načini, kako narediti sistem, odporen proti motnjam, in o teh bo govora kasneje v učbeniku. Večina teh motenj je preprosto posledica dejstva, da morajo naprave, ki ne komunicirajo, pogosto uporabljati podobne nosilne frekvence.

Vendar pa obstaja tudi takšna stvar, kot je namerno vmešavanje. Temu pravimo jamranje; cilj je oddajati signal, ki tako ali drugače preprečuje drugim brezžičnim sistemom ohranjanje uspešne komunikacije. Jamming je pomembna taktika v sodobnem vojskovanju, v vsakdanjem življenju pa je nadloga (ali še huje) in je povsem nezakonito.

 

Predpisi
Na začetku se morda zdi čudno, da bi vlada urejala brezžične prenose - ali res lahko vsiljujemo zakone za nekaj tako nematerialnega, kot je elektromagnetno sevanje? Toda primer ometavanja jasno kaže, da bi odsotnost predpisov povzročila resne težave. Za zagotovitev, da se območje EMR ne bo poslabšalo v kaotično hordo motečih signalov, je potrebna stroga organizacija.

V ZDA je naloga ohranjanja reda v svetu brezžične komunikacije pristojna za zvezno komisijo za komunikacije (FCC). Zasebne in javne organizacije, ki želijo uporabiti del elektromagnetnega spektra, morajo pridobiti dovoljenje FCC; to dovoljenje se imenuje dovoljenje. Obstajajo izjeme za sisteme, ki so v dosegu omejeni in zato verjetno ne bodo povzročili večjih motenj.

Max Power
Če vas zanimajo (zakoniti) radijski prenosi brez licenc, morate poznati svojo oddajno moč. Tudi če so uradni predpisi predstavljeni v smislu učinkovitega dosega ali kakšne druge metrike, bi morali imeti možnost določiti oddajno moč, ki se v teh situacijah na splošno šteje za sprejemljivo - in ocenjevanje moči je lažje, kot če poskušate natančno izmeriti obseg sistema oz. jakost polja na določeni razdalji od antene.

Ta načrt prikazuje meje jakosti polja (za določen obseg frekvenc), ki temelji na pravilih FCC "Del 15". Slika prilagojena s Digi-Key
 
V RF in vseh drugih vrstah električnih tokokrogov je moč, ki jo razprši komponenta, enaka napetosti na tej komponenti, pomnoženi s tokom, ki teče skozi komponento. Morda anteno mislite kot preprosto na prevodnik in zato kot na nekaj z zelo malo upora. 

Res je, da ima prevodnik na enosmerni tok zelo nizko upornost, toda pri višjih frekvencah ima antena velike količine vhodne impedance. Zanima nas impedanca antene na določenih frekvencah, ki jih uporabljamo za prenos našega RF signala; Te podatke bomo potrebovali za oceno količine energije, oddane anteni.

Prenos napetosti v primerjavi s prenosom moči
V običajnem digitalnem ali analognem vezju ne želimo, da ima žična ali PCB-uta upor 50 Ω. To se zdi kot zelo velik odpor za nekaj, kar je opisano kot dirigent. 

Ne smemo pa pozabiti, da nas v nizkofrekvenčnih vezjih običajno zanima prenos napetosti, tj. Želimo zagotoviti, da je napetost na vhodnem zatiču čim bližja napetosti na predhodnem izhodnem zatiču. Za dober prenos napetosti potrebujemo nizko izhodno impedanco, nizko impedanco prevodnika in visoko vhodno impedanco.

Vendar je v izhodni fazi RF oddajnika (ali zvočnega ojačevalnika) cilj prenos moči. Ne želimo samo premikati napetosti z ene naprave na drugo; želimo pomemben tok, ki teče skozi anteno, tako da ima veliko električne energije, ki se lahko pretvori v sevano elektromagnetno energijo.

Največji prenos moči se zgodi, kadar je velikost impedance tovora enaka velikosti impedance vira.

Kot vidite, je moč obremenitve (PL) največja, ko je RL = RS. Upoštevajte, da se učinkovitost (η) še naprej povečuje po tej točki. Največji prenos moči ne ustreza največji učinkovitosti.
 
V RF vezju ima izhodna stopnja ojačevalnika (in daljnovod, ki povezuje ojačevalnik z anteno) pogosto impedanco 50 Ω, zato mora biti impedanca antene tudi 50 Ω, da se zagotovi največji prenos moči. (Druga pomembna tema tukaj so "ujemanje omrežij", ki se uporabljajo za izboljšanje ujemanja impedance med ojačevalnikom in anteno; o tem bomo razpravljali pozneje v učbeniku.)

Ocenjevanje moči
V predhodni razpravi je razloženo, zakaj lahko analiziramo izhodno fazo RF tako, da povežemo ojačevalnik moči na vhod osciloskopa 50 Ω: večina RF sistemov je vgrajenih okoli 50 Ω impedance, zato boste na splošno potrebovali 50-imensko anteno.

Seveda, če poznate ustrezne napetostne in impedance značilnosti vašega vezja, lahko preprosto izračunate moč, ki se odda anteni. Simulator SPICE bi bil še en učinkovit pristop. Če pa te tehnike v vaših okoliščinah niso praktične ali če želite empirično preverjanje, morate uporabiti merilno opremo.

Če imate analizator spektra, ga vsekakor uporabite. Zasnovan je za zagotavljanje točno takšnih informacij. Če nimate spektralnega analizatorja, lahko uporabite osciloskop. Poglejte napetost RMS signala z vhodom obsega 50 Ω in nato izračunajte moč kot V2 / R, kjer je R = 50 Ω.

Povzetek

* Elektromagnetni prenos je skrbno urejen, da ublaži težave, povezane z nenamernimi motnjami. Namerno vmešavanje, znano kot ometanje, je v civilnem življenju nezakonito.

* V ZDA morajo oddajne naprave na splošno imeti dovoljenje FCC.

* Brez dovoljenja je dovoljeno delovanje pod določenimi pogoji, povezanimi z omejeno oddajno močjo.

* Da bi dosegli največji prenos električne energije iz ojačevalnika na anteno, se mora velikost izhodne impedance ojačevalnika ujemati z velikostjo vhodne impedance antene.

* Moč oddajanja lahko določite z matematično analizo ali SPICE simulacijo. Empirično ga lahko ocenimo tudi s spektralnim analizatorjem ali osciloskopom.

Pustite sporočilo 

Seznam sporočilo