תדר רדיו (RF) מגבר הם עמוד השדרה של תקשורת אלחוטית מודרנית, מכ"ם ומערכות שידור.התפקיד העיקרי שלהם הוא להגדיל את הכוח של אותות חלשים תוך שמירה על שלמות האותות. עם זאת, שני אתגרים מתמידים - יכולת ו ליניאריות - לעתים קרובות להגביל את הביצועים. a גרועה ייצוב מגבר יכול לספק עקרונות עקביים באופן בלתי צפוי, בעוד שהתנהגות לא ליניארית מציגה עיוותים שמדרגת את הטכניקות של עיצוב חזקות, הן יכולות לספק מענה ישיר, יכולות לספק פתרונות חזקים יותר, כלומר, יכולות לספק פתרונות עיצוב, יעילות, יכולות לספק שיטות יעילות, הן לספק שיטות עיצוב.

הבנת רשתות ה-RF Amplifiers

רשתות Feedback מתפקדות על ידי דגימה חלק מהתאיות של המגבר והאכילה אותו בחזרה לקלט.תצורה סגורה-loop זו משנה את המאפיינים של העברת המגבר, ומאפשרת שליטה מדויקת על רווח, רוחב פס, עיוות ויציבות.שני הסוגים הבסיסיים הם משוב שלילי משוב חיובי. in RF מגבר, משוב שלילי הוא מעדיף מאוד כי זה מנוגד וריאציות, עיוותים, עיוותים, מייצבים, מכווץ, מכווץ.

רשת משוב טיפוסית מורכבת מרכיבים פסיביים - resistors, capacitors, ולפעמים מחנכים - מוקרן בטופולוגיה מסוימת.הנפוצות הנפוצות ביותר כוללות משוב סדרה (מתח) ו- shunt-series (כיום) משוב על פלטה הנדרשת כמו גם משוב מפונקציה, המשוב הוא מתח כי תת-קרקעית מפלט, מתח נמוך יותר ומצמצמצמצמצמצמיך את רוחב הפס הרצוי, הוא נמוך יותר.

גורם משוב, לעתים קרובות מלוטש כ- β, קובע את כמות אות הפלט שהוחזר לקלט.רווח הסגור הוא בערך 1 / β כאשר רווח ה-Open-loop גדול, מה שהופך את המגבר פחות רגיש לוויוריקטורים רכיב שינויים סביבתיים.נכס זה הוא בעל ערך במיוחד במעגלי RF, שבו פרמטרים transistor יכולים להשתנות עם טמפרטורה, הטיה, ותדירות.

מכניזם של שיפור יכולת באמצעות משוב

יציבות במגבר RF פירושה שהעיגול אינו מציג תנודות לא רצויות או אותות בעלי חיים עצמיים. Oscillations יכול להתעורר מ משוב חיובי שנוצר על ידי קפיאנטים parasitic, אינדוקטיבציות, או הפיכה הדדית בין שלבים. Feedback רשתות לייצב את המגבר על ידי עיצוב הרווח הפתוח והשלב כדי להבטיח את התנאים לנית לעולם לא ניתוק.

כלי מפתח להערכת יציבות הוא הקריטריון של Nyquist, אשר בוחן את רווח הלולאה (Aβ) במטוס המורכב.עבור משוב שלילי להישאר יציב, רווח הלולאה חייב לא להקיף את הנקודה 1 + J0 רשתות Feedback מציגות שינוי שלב מבוקר ועצימה המונעת את המגבר להגיע למצב של ברקאוזן - חוסר יכולת עם רווח של 180 מעלות כדי להבטיח את הפחתת התדירות המתאימה כדי לשפר את המהנדסים הספציפיים.

בפועל, ניתוח יציבות כרוך לעתים קרובות בשימוש מעגלים יציבות על תרשים סמית '.עיגולים אלה מבססים את אזורי המקור ועומס כי גורם המגבר להיות בלתי יציב.רשתות משוב יכול לשנות את המעגלים האלה כדי להפוך את המכשיר יציב ללא תנאי עבור כל הפסקות פסיביות.זה מושג על ידי צמצום משוב הפנים של טרנסיסטאור (הרווח הפוך) או על ידי הצגת חיצוני כי נגד משוב פנימי.

בנוסף, רשתות משוב עוזר לדכא תנודות טפיליות הנגרמות על ידי לולאות מונפות, אינדוקטיביות קרקעית, והפיכה בין-שלבית.לדוגמה, סדרה קטנה מתנגדת בנתיב משוב יכול לחבק מחדש גבוה קידוד מבלי להשפיע באופן משמעותי על רווח נמוך- ⁇ .

שקיפות עם פידבק שלילי

קוארסיטי מתארת את היכולת של מגבר לייצר פלט שהוא העתקה בקנה מידה מדויק של אות קלט.התנהגות לא לינארית מציגה הרמוניות (התוצאות של תדירות הקלט) ומוצרים בין-מודולציה (s and Difference of Multiple קלט tones) אותות מעוררים אלה יכולים להפריע לערוצים הסמוכים וביצועי מערכת מחיתולים דיגיטליים מודרניים, במיוחד כמו Qms או של מספר .

משוב שלילי לינארי את הפונקציה ההעברה על ידי צמצום וריאציות רווח עם אות קלט amplitude.הרווח הפתוח של מגבר RF הוא לא ליניארי מטבעו בשל תכונות transistor כגון Transconductance ומודולציה דחיסה תפוקה.כאשר משוב שלילי מוחל, רווח הסגור הופך בערך 1 / β, אשר הוא חסר רגישות לשינויים ברווח פתוח.

אפקט לינאריזציה זה הוא לכמת על ידי השוואת נקודת יירוט ההזמנה השלישית (OIP3) לפני ואחרי יישום משוב. בעיצובים רבים, רווח לולאה גבוה מוביל לירידה גדולה יותר בעיוות בין-ממדי.עם זאת, השיפור בשיניאליות מגיע עלות של רווח מופחת - סוחר שמהנדסים חייבים לאזן בהתבסס על דרישות המערכת.

Feedback גם משפר את עיוות הרמוני האופייני על ידי ביצוע הפונקציה העברת של מגבר קבוע יותר.לדוגמה, מבחן שני טון מדידה של אינטרמודה מסדר שלישי (IM3) מוצרים מראה שיפור טיפוסי של 10-20 dB עם משוב מתון.זה קריטי במערכות כמו מגברי טלוויזיה בכבלים ותחנות בסיס סלולרי, שבו עיוות נמוך הוא חובה לשמירה על בהירות על פני ערוצים רבים.

דרישות עבור Feedback Networks במעגלי RF

תכנון רשת משוב יעילה עבור מגבר RF דורש תשומת לב זהירה לתגובה תדר, שינוי שלב, פרציטיות רכיב, הפריסה. כל אחד מהגורמים האלה יכול להפוך מעגל משוב מכוונן היטב למקור של חוסר יציבות אם לא מנוהל כראוי.

תגובה מהירה וBandwidth

רשת משוב חייבת לשמור על התגובה המיועדת שלה על פני רוחב הפס התפעולי כולו. בתדרים נמוכים, קבלנים הפיכה ורשתות הטיה יכולים להציג קבועות זמן לא רצויות. בתדרים גבוהים, ניכוי קצב קצבים קצבים בלחיצת משוב יכול לגרום לחיוב מעל תדר מסוים, המוביל לתנודות.מהנדסים לעתים קרובות להשתמש בשילוב של משוב התנגדות ועמיד כדי להתאים את התדר, המבטיח כי השגת טיפות שלב מתחת ל-180 מעלות לפני ה-180 מעלות.

שלב שינוי והערכה

מטרת עיצוב חיונית היא למנוע אות משוב לעבור סטיות שלב (180 מעלות שינוי) בתדירות שבה הרווח הלולאה עדיין מעל אחדות.מצב זה ימיר משוב שלילי משוב חיובי, גרימת oscillation.שלב טכניקות פיצוי, כגון הוספת קפיטור קטן במקביל עם הנגד משוב, יכול להציג אפס אשר מרחיב את רוחב הפס תוך שמירה על יציבות, לחלופין, רשתות פיצוי בשלב יכול לשפר את שלב הפרידה כדי לשפר את הצורה.

בחירה מתאימה

התכונות האיכותיות והפרציטיות של רכיבי משוב ישירות השפעה ביצועים.נגדים על פני השטח יש סדרה אינדוקטיבית וכניעה מקבילים שהופכת משמעותית מעל כמה מאות מגה-הרץ. בדומה, כמו כן, capacitors יש תדרים עצמיים שיכולים לשנות את אימפולס המשוב באופן משמעותי. עבור עיצובים גבוהים, מהנדסים בוחרים רכיבים עם ערכים טפילים נמוכים - כגון מתנגדים דקים-סרטונים ורב-מונים בחבילות קטנות שלהם - ומודלים בסימולטיקנים קטנים שלהם.

קבל Margin ו- Loop מקבל סחר-offs

משוב שלילי חזק (רווח לולאה גבוהה) משפר את הליניאנס והיציבות אבל מקטין את הרווח הסגור-פרלופ.ה משוב Weak משמר רווח אבל מציע פחות שיפור עיוות.הבחירה תלויה ביישום: במגבר נמוך (LNA) לפני המקלט, רווח הוא לעתים קרובות לפני כן, בעוד במגבר כוח (PA) עבור משדר, לינאריות עשוי להיות יותר חשוב.

המונחים: Parasitics

בתדרי RF, הפריסה הפיזית של רשת משוב חשובה כמו schematic. Traces להציג אינדוקטיבציה נוספת ו- capacitance, ודרךs להוסיף התנגדות. A Common Practice הוא להציב את רכיבי משוב קרוב ככל האפשר למסופים transistor כדי למזער את אזור לולאה ולהפחית את קצב התגובה סיממטרית.

כלי סימבול הכוללים מודלים אלקטרומגנטיים (EM) הם חיוניים ללכידת אפקטים אלה.זרימת עיצוב טיפוסי מתחילה עם סימולציה סכימטית באמצעות S-parameters, ולאחר מכן מעבר לסימולציה של פריסת רשת משוב כדי לוודא כי אלמנטים פרציטיים אינם מתפשרים יציבות.

טכניקות מתקדמות ל-RF Amplifiers

מעבר לפידבקים בסיסיים, מספר טכניקות מתקדמות מציעות ביצועים משופרים עבור יישומים תובעניים.

המונחים: Tobacco

כמה מגברים מעסיקים שני מסלולי משוב: אחד עם תגובה תדירות אופטימיזציה ליציבות נמוכה סיבולת, ועוד עבור פיצוי גבוה ⁇ . גישה כפולה זו יכול להשיג רוחב פס רחב יותר לינאריות טובה יותר מאשר רשת משוב יחיד. לדוגמה, לולאה דלת- ⁇ באמצעות קיבול גדול מספק רווח גבוה בתדרים נמוכים, בעוד לולאה גבוהה משתמשת קפקאיטור קטן כדי לשמור על יציבות בתדרים במיקרוגל.

חסכון פעיל

משוב פעיל, רשת משוב כוללת מכשיר פעיל - כגון transistor או מגבר תפעולי - כדי לספק רווח נוסף או בידוד.טכניקה זו נפוצה במגברי תדרי רדיו משולבים, שבו transistors על שבב יכול ליישם משוב ללא רכיבים חיצוניים. משוב פעיל יכול להשיג לינאריות גבוהה מאוד במגברי משנה, אבל זה מוסיף מורכבות וצריכת חשמל.

משככי כאבים

רשתות משוב הסתגלותיות להתאים באופן דינמי את גורם משוב מבוסס על רמת אות קלט או תנאי הפעלה.לדוגמה, מגבר כוח יכול להשתמש ברשת משוב אשר מפחית משוב על כוח נמוך כדי למקסם את הרווח ולהגדיל משוב בעוצמה גבוהה כדי לדכא עיוות. גישה זו יכולה לייעל הן ליניאריות ויעילות בטווח התפעול. משוב הסתגלות הוא לעתים קרובות מיושם באמצעות משתנים או מעגלים בקרה דיגיטלית, והוא מפתח בטכניקה דואטורית ועוקב אחר.

יישומים מעשיים של רשתות משוב ב-RF Systems

רשתות Feedback נמצאות כמעט בכל מגבר RF המשמש בתשתיות תקשורת מודרניות.

ב-FLT:0) תחנת הבסיס תאוגבר מגברי חשמל 1FLT, משוב מועסק כדי להשיג את דרישות הליניאריות המיתרים עבור מודולים מורכבים כגון 64-QAM ו 256-QAM. תחנת בסיס טיפוסית PA משתמשת בשילוב של משוב התנגדות להאכיל לינאריזציה קדימה כדי לשמור על יחס ערוץ משותף (AC) של -50DBc או טוב יותר ללא משוב, גירוי יתר של מוצרי פליטה, ייצור לינאריות.

ב-FLT:0 למערכות ההרחבה של ®FLT:1, יציבות היא חובה להימנע מדיצות כוזבות או oscillation עצמי. Feedback רשתות במגבר השידור להבטיח כי המעטפת הדופק נקייה והתדירות של המוביל נשאר קבוע.במקבל LNA, משוב משפר את דמות הרעש ומונע oscillations הנגרמת על ידי אנטנה לא נכון.

ב-FLT:0 satellite תקשורת מערכות תקשורת FLT:1, שבו אותות לנסוע למרחקים ארוכים ויש להיות מוגדל עם עיוות מינימלי, רשתות משוב עוזר לשמור על הליניאנס הנדרש עבור תוכניות מודולציה מסדר גבוה.עבורת גלי גלי גל (TWTAs) לעתים קרובות לשלב משוב חיצוני, אם כי כוח מוצק-מדינה מגבר (SSPAs) להסתמך יותר ויותר על משוב משולב או מת.

ב-FLT:0 (test and Measurement EquipmentFLT:1), כגון מנתחי ספקטרום ו-Virtor Network מנתחrs, מגברי RF עם רשתות משוב מספקים את הרווח שטוח ואת עיוות נמוך הדרוש למדידות מדויקות.לדוגמה, תדירות ביניים רחב פס רחב (IF) מגבר בניתוח ספקטרום משתמש ברשת משוב השומרת על רווח שטוח של ±0.1B מעל מאות מגההרץ.

משאבים חיצוניים ללמידה נוספת

עבור הקוראים המבקשים להעמיק את הבנתם של רשתות משוב במגברי RF, המשאבים הבאים מציעים יסודות תיאורטיים מצוינים ודוגמאות מעשיות:

  • (ב) [ה]ההסברים:0] [15] ,[דרוש מקור] ,[דרוש מקור], [ה]] ב[[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ 1 (הההזבה ב-RF AmplifiersFillosFLT:2IRFLT 3: - מיקרוגלs101) מציעה כניסה מקיפה של האנציקלופדיה המכסה משוב להתנצלות, משוואות עיצוב, וסחר בעולם האמיתי.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מסקנה

רשתות Feedback הן כלים הכרחיים לקידוד היציבות וההירניות של מגברי RF. על ידי בחירה בקפידה של טופולוגיה משוב, הצטברות לשינויים שלב, וחשבונאות עבור ממריצים, מהנדסים יכולים לעצב מגברים שעומדים בדרישות המחמירות של מערכות תקשורת מודרניות.אם בתחנת בסיס סלולרי, מקלט או משדר לוויין, עקרונות של אפשרות משוב שלילי, ביצועים חזקים יותר, כמו גם פתרונות מתקדמים של תכנות רדיו.