Pag-unawa sa Reflections at Standing Waves sa RF Circuit Design

Mga Real-Life RF Signals
Ang disenyo ng high-frequency na circuit ay dapat na account para sa dalawang mahalaga kahit na medyo mahiwagang mga kababalaghan: salamin at nakatayong alon.

Alam namin mula sa aming pagkakalantad sa iba pang mga sanga ng agham na ang mga alon ay nauugnay sa mga espesyal na uri ng pag-uugali. Ang mga ilaw na alon ay lumayo kapag lumipat sila mula sa isang daluyan (tulad ng hangin) sa ibang daluyan (tulad ng salamin). 

Ang mga alon ng tubig ay naiiba kapag nakatagpo sila ng mga bangka o malalaking bato. Nakakasagabal ang mga alon ng tunog, na nagreresulta sa pana-panahong pagkakaiba-iba sa dami (tinatawag na "beats").

Ang mga de-koryenteng alon ay napapailalim din sa pag-uugali na kadalasan ay hindi natin iniuugnay ang mga signal ng elektrikal. Ang pangkalahatang kakulangan ng pamilyar sa likas na alon ng koryente ay hindi nakakagulat, gayunpaman, dahil sa maraming mga circuit na ang mga epekto na ito ay bale-wala o wala. 

Posible para sa isang digital o low-frequency-analog engineer na magtrabaho nang maraming taon at magdisenyo ng maraming matagumpay na mga sistema nang hindi nakakakuha ng isang masusing pag-unawa sa mga epekto ng alon na nagiging tanyag sa mga circuit na may mataas na dalas.

Tulad ng napag-usapan sa nakaraang pahina, ang isang magkakaugnay na napapailalim sa espesyal na pag-uugali ng dalas ng mataas na dalas ay tinatawag na isang linya ng paghahatid. Ang mga epekto ng linya ng paghahatid ay makabuluhan lamang kapag ang haba ng interconnect ay hindi bababa sa isang-ikaapat ng haba ng signal; sa gayon, hindi namin kailangang mag-alala tungkol sa mga pag-aari ng alon maliban kung nagtatrabaho kami na may mataas na dalas o napakatagal na mga magkakaugnay.

Panganganinag
Pagninilay, pagwawasto, pag-iiba, panghihimasok - lahat ng mga klasikong pag-uugali na alon na ito ay nalalapat sa electromagnetic radiation. 

Ngunit sa puntong ito ay nakikipag-ugnayan pa rin tayo sa mga de-koryenteng signal, ibig sabihin, ang mga senyas na hindi pa na-convert ng antena sa electromagnetic radiation, at dahil dito kailangan nating alalahanin ang ating sarili sa dalawa sa mga ito: pagmuni-muni at panghihimasok.

Sa pangkalahatan kami ay nag-iisip ng isang de-koryenteng signal bilang isang one-way na kababalaghan; naglalakbay ito mula sa output ng isang sangkap patungo sa pag-input ng isa pang sangkap, o sa madaling salita, mula sa isang mapagkukunan hanggang sa isang pagkarga. Sa disenyo ng RF, gayunpaman, dapat nating laging alalahanin ang katotohanan na ang mga senyas ay maaaring maglakbay sa parehong direksyon: mula sa mapagkukunan hanggang sa pag-load, tiyak, ngunit din - dahil sa mga pagmuni-muni - mula sa pag-load hanggang sa mapagkukunan.

Ang alon na naglalakbay kasama ang string ay nakaranasces pagmuni-muni pagdating sa isang pisikal na hadlang.

Isangalog-Wave Analogy
Ang mga pagninilay ay nangyayari kapag ang isang alon ay nakatagpo ng isang pagkahinto. Isipin na ang isang bagyo ay nagdulot ng malalaking alon ng tubig na kumakalat sa isang normal na dungis. Ang mga alon na ito sa kalaunan ay bumangga sa isang solidong pader ng bato. Alam nating intuitively na ang mga alon na ito ay sumasalamin sa pader ng bato at magpalaganap pabalik sa daungan. Gayunpaman, alam din nating intuitively na ang mga alon ng tubig na bumabagsak sa isang beach ay bihirang magreresulta sa makabuluhang pagmuni-muni ng enerhiya na bumalik sa karagatan. Bakit ang pagkakaiba?

Ang lakas ng paglilipat ng enerhiya. Kapag ang mga alon ng tubig ay kumakalat sa pamamagitan ng bukas na tubig, ang enerhiya na ito ay simpleng gumagalaw. Kung ang alon ay umabot sa isang pagkadiskubre, gayunpaman, ang makinis na paggalaw ng enerhiya ay nakagambala; sa kaso ng isang beach o isang pader ng bato, hindi na posible ang pagpapalaganap ng alon. 

Ngunit ano ang nangyayari sa enerhiya na inilipat ng alon? Hindi ito maaaring mawala; dapat itong maging hinihigop o sumasalamin. Ang pader ng bato ay hindi sumisipsip ng enerhiya ng alon, kaya nangyayari ang pagninilay - ang enerhiya ay patuloy na kumakalat sa form ng alon, ngunit sa kabaligtaran ng direksyon. Ang beach, gayunpaman, pinapayagan ang enerhiya ng alon na mawala sa isang mas unti-unti at natural na paraan. Ang beach ay sumisipsip ng enerhiya ng alon, at sa gayon ang kaunting pagmuni-muni ay nangyayari.

Mula sa Tubig hanggang sa mga Elektron
Ang mga de-koryenteng circuit ay nagpapakita rin ng mga discontinuities na nakakaapekto sa paglaganap ng alon; sa kontekstong ito, ang kritikal na parameter ay impedance. Isipin ang isang de-koryenteng alon na naglalakbay sa isang linya ng paghahatid; ito ay katumbas ng alon ng tubig sa gitna ng karagatan. 

Ang alon at ang nauugnay na enerhiya ay maayos na kumakalat mula sa mapagkukunan hanggang sa pagkarga. Sa kalaunan, bagaman, ang elektrikal na alon ay umaabot sa patutunguhan nito: isang antena, isang amplifier, atbp.

Alam namin mula sa isang nakaraang pahina na ang pinakamataas na paglilipat ng kuryente ay nangyayari kapag ang kalakhan ng impedance ng pag-load ay katumbas ng laki ng impedance ng mapagkukunan. (Sa kontekstong ito "ang impedance ng mapagkukunan" ay maaari ring sumangguni sa katangian na impedance ng isang linya ng paghahatid.) 

Sa mga pagtutugma na impedance, talagang walang kawalan ng pakiramdam, dahil ang pag-load ay maaaring sumipsip ng lahat ng enerhiya ng alon. Ngunit kung ang mga impedance ay hindi katugma, ang ilan lamang sa enerhiya ay nasisipsip, at ang natitirang enerhiya ay makikita sa anyo ng isang de-koryenteng alon na naglalakbay sa kabilang direksyon.

Ang dami ng nakasalamin na enerhiya ay naiimpluwensyahan ng kabigatan ng pagkamatay sa pagitan ng mapagkukunan at impedance ng pagkarga. Ang dalawang pinakamasamang kaso na sitwasyon ay isang bukas na circuit at isang maikling circuit, na naaayon sa walang hanggan na pag-load ng impedance at zero load impedance, ayon sa pagkakabanggit. 

Ang dalawang kaso na ito ay kumakatawan sa isang kumpletong kawalan ng pagpipigil; walang enerhiya ang maaaring makuha, at dahil dito ang lahat ng enerhiya ay masasalamin.

Ang Kahalagahan ng Pagtutugma
Kung sumali ka pa sa disenyo ng RF o pagsubok, alam mo na ang pagtutugma ng impedance ay isang karaniwang paksa ng talakayan. Naiintindihan namin ngayon na ang mga impedance ay dapat na maitugma upang maiwasan ang mga pagmuni-muni, ngunit bakit sobrang pag-aalala tungkol sa mga pagmuni-muni?

Ang unang problema ay ang kahusayan lamang. Kung mayroon kaming isang kapangyarihan amplifier na nakakonekta sa isang antena, hindi namin nais na kalahati ng kapangyarihan ng output na maipakita pabalik sa amplifier. 

Ang buong punto ay upang makabuo ng kuryente na maaaring ma-convert sa electromagnetic radiation. Sa pangkalahatan, nais naming ilipat ang kapangyarihan mula sa mapagkukunan upang mai-load, at nangangahulugan ito na dapat mabawasan ang mga pagmuni-muni.

Ang pangalawang isyu ay medyo mas banayad. Ang isang tuluy-tuloy na signal na inilipat sa pamamagitan ng isang linya ng paghahatid sa isang napuspos na impedance ng pag-load ay magreresulta sa isang patuloy na nakalarawan na signal. Ang mga pangyayaring ito at sumasalamin sa mga alon ay pumasa sa bawat isa, na pumupunta sa kabaligtaran ng direksyon. Ang pagkagambala ay nagreresulta sa isang nakatayong alon, ibig sabihin, isang nakatigil na pattern ng alon na katumbas ng kabuuan ng insidente at sumasalamin sa mga alon. 

Ang nakatayong alon na ito ay talagang lumilikha ng mga pagkakaiba-iba ng peak-amplitude kasama ang pisikal na haba ng cable; ang ilang mga lokasyon ay may mas mataas na tugatog ng tugatog, at ang iba pang mga lokasyon ay may mas mababang riles ng peak.

Ang mga nakatayong alon ay nagreresulta sa mga boltahe na mas mataas kaysa sa orihinal na boltahe ng ipinadala na signal, at sa ilang mga kaso ang epekto ay sapat na malubhang magdulot ng pisikal na pinsala sa mga cable o mga sangkap.

Buod

* Ang mga de-koryenteng alon ay napapailalim sa pagmuni-muni at panghihimasok.

* Ang mga alon ng tubig ay sumasalamin kapag nakarating sila sa isang pisikal na sagabal tulad ng isang pader ng bato. Katulad nito, ang pagmumuni-muni ng kuryente ay nangyayari kapag ang isang signal ng AC ay nakatagpo ng isang kawalan ng pagkamatay.

* Mapipigilan natin ang pagmuni-muni sa pamamagitan ng pagtutugma ng impedance ng pag-load sa katangian na impedance ng linya ng paghahatid. Pinapayagan nito ang pag-load upang sumipsip ng enerhiya ng alon.

* Ang mga repleksyon ay may problema dahil binabawasan nila ang dami ng kapangyarihan na maaaring ilipat mula sa mapagkukunan upang mai-load.

* Ang mga repleksyon ay humantong din sa mga nakatayong alon; ang mga bahagi ng high-amplitude ng isang nakatayong alon ay maaaring makapinsala sa mga bahagi o cable.

Mag-iwan ng mensahe 

Listahan ng Mensahe