Transmisia RF: reglementări, interferențe și transfer de energie

Spectrul electromagnetic
Aflați cum puteți transfera puterea maximă de la amplificator la antenă și cum puteți estima această putere folosind un osciloscop.

O caracteristică importantă a tehnologiei RF este următoarea: este relativ ușor pentru o persoană să împiedice sau chiar să distrugă complet comunicarea wireless a altei persoane. Undele radio circulă prin aer și sunt disponibile tuturor, inclusiv celor care - intenționat sau accidental - transmit semnale care ar putea fi descrise drept interferențe.

În primul rând, este important să înțelegeți că nu puteți „distruge” sau „deteriora” semnalele radio care au fost deja transmise. Cu toate acestea, efectul interferenței poate fi echivalent cu distrugerea unui semnal original, deoarece compromite capacitatea receptorului de a extrage informațiile importante conținute în acest semnal. Cu alte cuvinte, informația este încă prezentă, dar, în ceea ce privește un anumit receptor, aceasta a încetat să mai existe.

Interferența este o provocare constantă în proiectarea RF, iar proliferarea dispozitivelor fără fir nu simplifică situația. Există diferite moduri de a face un sistem rezistent la interferențe, iar acestea vor fi discutate ulterior în manual. Cea mai mare parte a acestei interferențe se datorează pur și simplu faptului că dispozitivele care nu comunică trebuie să utilizeze frecvent frecvențe de purtător similare.

Cu toate acestea, există și un astfel de lucru ca interferența deliberată. Aceasta se numește blocare; scopul este de a transmite un semnal care într-un fel sau altul împiedică alte sisteme wireless să mențină o comunicare de succes. Blocarea este o tactică importantă în războiul modern, iar în viața de zi cu zi este o problemă (sau mai rău) și este complet ilegal.

 

Reguli
La început poate părea ciudat faptul că guvernul ar reglementa transmisiile wireless - putem impune cu adevărat legi asupra a ceva la fel de intangibil precum radiațiile electromagnetice? Însă exemplul de blocaj arată clar că absența reglementărilor ar duce la probleme grave. Organizarea strictă este necesară pentru a se asigura că tărâmul EMR nu se deteriorează într-o hordă haotică de semnale interferențe.

În Statele Unite, sarcina de a menține ordinea în lumea comunicațiilor wireless revine Comisiei Federale de Comunicare (FCC). Organizațiile private și publice care doresc să utilizeze o porțiune din spectrul electromagnetic trebuie să obțină permisiunea FCC; această permisiune este denumită licență. Există excepții pentru sisteme care au o rază limitată și, astfel, este puțin probabil să provoace o perturbare majoră.

Max Power
Dacă sunteți interesat (ă) de transmisii radio fără licență (legale), trebuie să vă cunoașteți puterea de transmisie. Chiar dacă reglementările oficiale sunt prezentate în termeni de interval efectiv sau alte metrici, ar trebui să fiți în măsură să determinați puterea de transmisie care este considerată în general acceptabilă în aceste situații - și estimarea puterii este mai ușoară decât să încercați să măsurați cu exactitate gama sau sistemul puterea câmpului la o anumită distanță de antenă.

Acest complot oferă limite de forță de câmp (pentru o gamă specifică de frecvențe) pe baza regulilor FCC „Partea 15”. Imagine adaptată din Digi-Key
 
În RF și în toate celelalte tipuri de circuite electrice, puterea disipată de o componentă este egală cu tensiunea din acea componentă înmulțită de curentul care circulă prin componentă. Poate vă gândiți la o antenă ca fiind pur și simplu un conductor și, prin urmare, ca ceva cu foarte puțină rezistență. 

Este adevărat că un conductor poate avea o rezistență foarte mică la curent continuu, dar la frecvențe mai mari, o antenă are cantități semnificative de impedanță de intrare. Ne interesează impedanța antenei la frecvențele specifice pe care le folosim pentru a transmite semnalul nostru RF; vom avea nevoie de aceste informații pentru a estima cantitatea de putere livrată antenei.

Transfer de tensiune vs. transfer de putere
Într-un circuit digital sau analog tipic, nu am dori ca un fir sau o urmă de PCB să aibă o rezistență de 50 Ω. Aceasta pare a fi o rezistență extraordinar de mare pentru ceva descris ca conductor. 

Dar trebuie să ne amintim că, în circuitele cu frecvență joasă, suntem de obicei interesați de transferul de tensiune, adică dorim să ne asigurăm că tensiunea la un pin de intrare este cât mai aproape posibil de tensiunea de la pinul de ieșire precedent. Pentru a realiza un transfer de tensiune bun, avem nevoie de impedanță scăzută de ieșire, impedanță redusă a conductorului și impedanță mare de intrare.

Cu toate acestea, în stadiul de ieșire al unui transmițător RF (sau al unui amplificator audio), scopul este transferul de putere. Nu dorim doar să mutăm tensiunea de la un dispozitiv la altul; dorim un curent semnificativ care să curgă prin antenă, astfel încât acesta să aibă multă energie electrică care poate fi transformată în energie electromagnetică radiată.

Transferul maxim de putere are loc atunci când magnitudinea impedanței de încărcare este egală cu magnitudinea impedanței sursei.

După cum puteți vedea, puterea de încărcare (PL) este maximă atunci când RL = RS. Observați, totuși, că eficiența (η) continuă să crească dincolo de acest punct. Transferul de putere maximă nu corespunde cu eficiența maximă.
 
În circuitele RF, stadiul de ieșire al amplificatorului (și linia de transmisie care conectează amplificatorul la antenă) vor avea adesea impedanță de 50 Ω și, astfel, impedanța antenei trebuie să fie de asemenea 50 Ω pentru a asigura transferul maxim de putere. (Un alt subiect important aici este „potrivirea rețelelor”, care sunt utilizate pentru a îmbunătăți potrivirea impedanței între un amplificator și o antenă; acest lucru va fi discutat mai târziu în manual.)

Puterea estimativă
Discuția precedentă explică de ce putem analiza o etapă de ieșire RF conectând amplificatorul de putere la o intrare de osciloscop de 50 Ω: majoritatea sistemelor RF sunt construite în jurul impedanțelor de 50 Ω, și astfel, în general, vei avea nevoie de o impedanță de antenă de 50 Ω.

Desigur, dacă cunoașteți caracteristicile relevante ale tensiunii și impedanței circuitului dvs., puteți pur și simplu să calculați puterea livrată la antenă. Un simulator SPICE ar fi o altă abordare eficientă. Dar dacă aceste tehnici nu sunt practice în circumstanțele dvs. sau dacă doriți verificarea empirică, trebuie să utilizați echipamente de măsurare.

Dacă aveți un analizor de spectru, folosiți-l prin toate mijloacele. Este conceput pentru a oferi exact acest tip de informații. Dacă nu aveți un analizor de spectru, puteți utiliza un osciloscop. Uită-te la tensiunea RMS a semnalului folosind o intrare de 50 Ω și apoi calculează puterea ca V2 / R, unde R = 50 Ω.

Rezumat

* Transmisia electromagnetică este atent reglementată pentru a atenua problemele asociate cu interferențe neintenționate. Interferența intenționată, cunoscută sub numele de blocaje, este ilegală în contextul vieții civile.

* În Statele Unite, dispozitivele de transmisie, în general, trebuie să fie autorizate de FCC.

* Funcționarea fără licență este posibilă în anumite condiții asociate cu puterea de transmisie restricționată.

* Pentru a obține transferul maxim de energie electrică de la un amplificator la o antenă, mărimea impedanței de ieșire a amplificatorului trebuie să se potrivească cu magnitudinea impedanței de intrare a antenei.

* Puterea de transmisie poate fi determinată prin analize matematice sau prin simulare SPICE. De asemenea, poate fi estimat empiric folosind un analizor de spectru sau un osciloscop.

Lăsaţi un mesaj 

Lista de mesaje