תכנון רשתות התאמה עבור יישומי רדיו מוגדרים תוכנה (sdr)

תכנון רשתות התאמות מוטציות הוא משמעת בסיסית עבור כל בניין או אופטימיזציה של מערכות רדיו מוגדרות תוכנה (SDR) בבסיסה, התאמה לא מבוטלת מבטיחה כי כמות מקסימלית של תדר רדיו (RF) זורם ממקור לעומס מבלי להיות משתקף בחזרה.ב SDRs, שבו המטרה הקדמית מיועדת בדרך כלל עבור סביבת 50-oh, חוסר התאמה יכול לגרום נזקי רוחב מתקדמים, אפילו לאות רחבות כגון עיצוב רכיבי רשת אנטה.

מימון של שיבושים במערכות RF

התאמת אימפולס נגזרת ממשפט העברת החשמל המקסימלי, הקובע כי כוח מקסימלי מועבר לעומס כאשר העומס אימפולס שווה את הסגידה המורכבת של דחיית המקור.בהגדרות SDR טיפוסיות, הן מקור והן מטענים מוערכים ב -50 ⁇ עבור רוב הטראנסורים המסחריים והאנטנות.

התוצאה של אי התאמה היא לכמת על ידי ה-FLT:0voltage Stand wave יחס גל (VSWR)FLT:1 ו-FLT:2re השתקפות coefficient ( ⁇ )FLT 3: A VSWR של 1:1 מציין התאמה מושלמת; מעל 1:1 להתחיל לפענוח ביצועים באופן ברור.

הבנת היסודות הללו חיונית לפני בחירת רכיבים או עיצוב רשתות. תפיסה חזקה של ⁇ :0RF עכבות התאמה ליסודות FLT:1 מספק את הבסיס התיאורטי הדרוש כדי לקבל החלטות מושכלות על גבי טופולוגיה רשת וערכי רכיב.

התנצלות משותפת ל-Coming Networks

כמה מעגלים להתנצלות מועסקים כדי להפוך את האימפולס.הבחירה תלויה רוחב הפס הרצוי, יחס האימפולסיבי, ואת סוגי הרכיב הזמינים. להלן הם התצורה הנפוצים ביותר בעיצובים SDR.

L-Network (Low-Pass and High-Pass)

L-network משתמשת בשני אלמנטים תגובתיים - אחד אינדוקטור ואחד capacitor - מוקרן בצורת "L" (L) הוא רשת ההתאמה הפשוטה והחסכונית ביותר.הגרסה הנמוכה (הסדרה, משיכת שרוול, שרוולים) נפוץ ביותר עבור העברת נקודות קצה הקדמיות כי הוא כפול מסנן הרמוני (הסדרה הגבוהה) (הסדרה, capunt capacitor) כאשר הם לא יכולים לשנות את רוחב הפסים (אורד) ב ⁇ ) ב ⁇ ) הוא נמוך יותר מ- 50 גרם).

Pi-Network

Pi-network מורכב משני אלמנטים מלוטשים ואחד אלמנט סדרה, יצירת צורה " ⁇ " .הטופולוגיה הזו מציעה גמישות עיצובית גדולה יותר כי זה יכול להתאים מגוון רחב יותר של מוטציות ומספק רמה של שליטה על הגורם Q טעון. על ידי התאמת Q, המעצב יכול לסחור רוחב פס נגד אובדן לוח החדירה.פי-networks נפוצים במאורת חשמל ומכוונן שבו מדגמי רוחב פס נמוך יותר (או נמוך) אך מאפשר לחץ רוחב פס נמוך מאוד (או נמוך) אך לא יכול להוסיף רוחב פס נמוך יותר).

T-Network

T-network משתמשת בשני אלמנטים בסדרה וגורם אחד של t. זה בעצם הדואל של Pi-network. T-networks יכול גם להשיג ערכי Q גבוהים ולספק נתיב DC נוח לאדמה, אשר שימושי כאשר עובד עם microstrip או יישומי פסים. הם משמשים לעתים קרובות מעגלים מאוזנים או כאשר המקור ועומס הם reactive.

Transformer Coupling

עבור שינויים בלתי מאוזנים הדורש יחס גדול (למשל, 200 ⁇ עד 50 ⁇ ) או להמיר בין קווים מאוזנים ולא מאוזנים, ממירים (כולל מרפסות) מועסקים. פריטה-coreים יכולים לפעול מכמה מאות קילוולץ עד מאות ממגנץ, אך הם סובלים משיתוק ליבה ומגבלות רוחב פס.

ניתוח מפורט של התנצלויות אלה עם דוגמאות עיצוב ניתן למצוא במדריך מעשי זה כדי למנוע התאמה של רשתות ⁇ FLT:1 עבור עיצובים מודרניים SDR, שילוב של מספר רב של התנצלות ברשת רב-שלבים הוא לעתים קרובות הכרחי כדי לכסות רוחב פס של octa-plus.

תוצאות בחירה ואפקטים פרציטיים

בעולם אידיאלי, מחנכים וכנפיים מתנהגים כמרכיבים תגובתיים טהורים. בתדרי RF, עם זאת, התנגדות פרסיטית, התחדשות עצמית והפסדים דיאלקטריים הופכים קריטיים.

אינדוקטורים

(להתאמה לאלתר בגל באמצעות להקות UHF נמוכות (עד 1 GHz), חוט-wound Air-core les מעדיפים את Q הגבוה שלהם (בדרך כלל 50-200) וטמפרטורות נמוכות coefficient.Forite-HF inductance לספק קומפקטיות גבוהה יותר בתורו, אך יש להם הפסדים גבוהים יותר, אם הם נמנעים מהתדירות התפעולית מתחת לתדירות הגבוהה ביותר של הפונקציה SDR) של SDRR.

Capacitors

(הקפאה של Ceramic Capacitors with C0G/NP0 dielectric הם תקן עבור RF תואם בגלל ההפסדים הנמוכים שלהם ואת קדחת טמפרטורה יציבה coefficient. X7R dielectric צריך להימנע עקב חסכוני מתח גבוה והזדקנות.הסדרה של capacitor יש לשקול גם את התדירות המחודשת (SRF) יש לשקול גם - שימת ® הופכת לחסרת עוצמה גבוהה.

השפעות פרדוקסטיות ו-Leeout

גם עם מרכיבים אידיאליים, קיבולת פרציטי מ- PCB עקבות ודרך אינדוקציה יכולה לשנות את תגובת התדר של הרשת התאמת רשת. השתמש במטוס קרקע עם שפך נחושת מתמשך, לשמור על רכיב מוביל קצר ככל האפשר, ולמקם את הרשת המתאימה קרוב יותר למחבר האנטנה כאפשרי.

עיצוב עבור SDR Impedance Matching

תהליך רב-שלב הבא מומלץ לפתח רשת מתאימה העומדת בדרישות התפעול של SDR.

שלב 1: מקור ועומס

הדחף המקור הוא בדרך כלל הפלט של SDR transceiver של התפוקה (50 ⁇ , התנגדות) ואת העומס הוא הדחף של האנטנה בתדרים של עניין.עבור פס רחב SDR המכסה 1-30 M-30 או 50-1000 MHz, האנטנות יכולה להשתנות באופן דרמטי.

שלב 2: בחר טופולוגיה וחושב ערכים משותפים

בהתבסס על המכשולים הממדדים ועל רוחב הפס הרצוי, בחר אחד מההתנצלות המתוארת קודם לכן.עבור יישומים צרים, L-network הוא בדרך כלל מספיק; עבור רוחב פס רחב או יחסי אימפולס קיצוניים, פי או T-network הוא טוב יותר.לצמצם את הערכים המרכיב באמצעות נוסחאות סטנדרטיות או תרשים סמית'.

(ב) [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

שלב 3: סימולציה עם עבריינים אמיתיים

השתמש סימולטור מעגל RF (למשל, ADS, AWRמיקרוגל, או כלי קוד פתוח Qucs) כדי מודל את הרשת עם קבצים S-parameter שימושי הספק עבור המחנכים ו capacitors. Simulate the S-parameters (S11 ו- S21) על טווח התדר המלא.

שלב 4: Prototype and Measure

בנה אבטיפוס פיזי על PCB מעוצב היטב או לוח נחושת לעבודה גבוהה ספארי. השתמש VNA כדי למדוד את אובדן החזרה של קלט (S11) ואת הרווח (S21) על פני הלהקה.שוואת התוצאות המדוייקות עם הסימולציה; דיסקרטיות לעתים קרובות מצביעים על אפקטים parasitic או סובלנות רכיב.Iterate: trim capacitor ערכים מעט, להסתגל בעמדה מחנך, או להוסיף סדרה / nbt נחשב לרכיבים מעולה של 1vtune.

שיקולים מעשיים ל-SDR

SDRs מציג אתגרים ייחודיים בהשוואה לרדיו קבוע- ⁇ . כי מכשירי רדיו מוגדרים תוכנה פועלים לעתים קרובות על פני טווחי תדר רחב מאוד (למשל, 100 kHz-6 GHz), רשת סטנדרטית אחת רק לעתים רחוקות מספיק.

טכניקות מתקדמות

כאשר האנטנה משתנה לאט לאט על פני תדירות, משטח intenuator התנגדות (למשל, 3 dB) ניתן להחדר על חשבון הרגישות. יותר אלגנטי, רשת של סולם רב-שלב של נמוך-pass או טופולוגיה של פס קבוצתי יכול להשיג התאמה שטוח 50 ⁇ על octave או יותר. צ'ביאשר או Butterworth אבות טיפוס יכול להיות מותאם עבור רשתות נית-מסוגיות אלה.

רשתות התאמות אפשריות

עבור יעילות מקסימלית בטווח כוונון רחב, רשת ההתאמה עצמה יכולה להיעשות טוטלי. Varactor diodes (varicaps) לספק קפיקט מבוקר מתח, אבל יש להם מוגבלות Q ו ליניאריות ברמות כוח גבוהות. pIN diodes יכול לשמש כדי לעבור באלגוריתמים שונים של capacitor או inductor מערכת מיקרוסקופית (ME) ו- CGAFertoner יכול לשמש שינויים יותר ויותר ל-Stratator.

אוטומטי Antenna Tuners (ATUs)

רבים HF SDR transceivers לשלב מכוונן אנטנה אוטומטי פנימי המשתמש בממסרים כדי להחליף capacitor קבוע וערכי אינדוקטור. יחידות אלה נועדו עבור וריאציות של התנגדות נמוכה והם לעתים קרובות חלק משרשרת השידור.עבור מקלט- רק SDRs, רשת סטנדרטית או חצי-קודמת עשוי להספיק, כמו המספר של הרעש של המקלט הוא סובלני יותר של חוסר סובלנות של העיוות מאשר האפקטיביות של ה-Ster.

טיפול מצוין בעיצוב רשת עבור SDR ניתן ב- FLT:0 מאמר זה על שיבוש הסתגלות מתאים עבור SDRIRLT:1.

טכניקות מתקדמות ורשתות מיוחדות

מהנדסים דוחפים את הגבולות של ביצועי SDR לעתים קרובות משתמשים בפתרונות יותר מתוחכמים.

בסביבה הקרובה של Quarter-Wave Transformers

(ב) קו שידור של קרינת עץ אופייני ZFLT:0irua0001= ⁇ (RIRFLT:2sourceofLT 3 × RevolveFLT:4loadFLT:5) יכול להפוך רק אימפולסים התנגדות טהורים, לדוגמה, מקור 50 ⁇ ל-100 עומס דורש 502 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Stub Tuning

רק גמגמים בודדים או כפולים (פתוחים או קצרים קו מעגלים) ניתן להציב במרחקים ספציפיים מן העומס כדי לבטל רכיבים תגובתיים. Stub כוונון משמש נרחב מעגלים microstrip עבור UHF ומיקרוגל SDRs שבו רכיבים דיסקרטיים הם לא מעשי.

בולים לאזן אנטנות

אנאנטנות SDR ביצועים גבוהים רבים (dipoles, Yagis, לולאות) מאוזנות. Connecting אותם ישירות ל 50 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ יוצר זרמים משותפים המפרקים את התבנית וגורמים להפרעה. A balun (מאוזנת היטב ללהקות ג'ולא מאוזנות) מבצע גם שינוי בלתי מאוזנים וגם מצב.

כלי סימבול ואימונים

עיצוב רשתות התאמה ללא סימולציה הוא כמו ניווט ללא מפה. כלים מסחריים ומסחריים בשפע כדי לעזור למעצב SDR.FLT:0QucsStudioualph 1 הוא סימולטור מעגל פתוח-מקור תומך ניתוח S-parameter, איזון הרמוני ואופטימיזציה. עבור שימוש מקצועי, מערכת העיצוב המתקדמת של מפתח (ADS) ו-AWence מציעה יכולות שיתוף פעולה אלקטרומגנטית רב עוצמה.

מדידות היא קריטית באותה מידה. מנתח רשת שני של וקטור (VNA) כגון ננוVNA (sub- 100 $) או כלי מדויק יותר כמו Keysight שדהFox חיוני כדי לאמת את המשחק. Calibration עם ערכת עומס פתוח קצר במטוס ההתייחסות הוא חובה עבור תוצאות משמעותיות.

מסקנה

תכנון רשתות קידוד עבור יישומי רדיו מוגדרים תוכנה הוא משימה תובענית אך מתגמל הנדסה.מבין את התיאוריה הבסיסית של קידוד השתקפות קידוד ואת התרשים סמית, כדי לבחור את הטופולוגיה והרכיבים, כדי לפשט ולפרוטציה, כל צעד משפיע ישירות על הרגישות של SDR, טווח, ולהעביר יעילות.