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प्रतिबाधा मिलान और पुनर् विन्यास की आवश्यकता के मूल
इसके मूल में, प्रतिबाधा मिलान एक स्रोत के बीच अधिकतम शक्ति हस्तांतरण और प्रतिबिंब गुणांक और # 915 को कम करके लोड सुनिश्चित करता है; रेडियो आवृत्ति (आरएफ) इंजीनियरिंग में, एक गलत कारण परिलक्षित शक्ति को बढ़ाता है, वोल्टेज स्टैंडिंग तरंग अनुपात (वीएसडब्ल्यूआर) को बढ़ाता है, और संकेत अखंडता को कम करता है। पारंपरिक निश्चित मिलान नेटवर्क - धीरे-धीरे असत संधारित्रों और प्रारंभकर्ताओं के साथ निर्मित - एक एकल आवृत्ति या एक संकीर्ण बैंड के लिए अनुकूलित किया जाता है। अनुकूली संचार प्रणाली, इसके विपरीत, एकाधिक आवृत्ति बैंडों में काम करना चाहिए, निकटता प्रभाव के कारण एंटीना प्रतिबाधा को भिन्न करना और पर्यावरणीय परिस्थितियों को स्थानांतरित करना। एक स्थिर नेटवर्क इन गतिशील परिदृश्यों में कम वीएसआरएबल को नहीं रख सकता है; इसलिए अनुलम्बन्ध नेटवर्क (एमआरआईएन)।
RIMNs वास्तविक समय में नेटवर्क के प्रतिबाधा परिवर्तन को बदलने के लिए ट्यूनेबल या स्विच करने योग्य प्रतिक्रियाशील तत्वों का उपयोग करते हैं। डिजाइन चुनौती संतुलन ट्यूनिंग रेंज, सम्मिलन हानि, रैखिकता, बिजली हैंडलिंग और नियंत्रण गति में निहित है। जैसा कि ] उद्योग और अकादमिक से अनुसंधान शो, अच्छी तरह से डिजाइन किए गए RIMN परिवर्तनीय लोड स्थितियों में 20-40% की दक्षता में सुधार कर सकते हैं, जिससे उन्हें सॉफ़्टवेयर-परिभाषित रेडियो (SDRs) और अगली पीढ़ी के सेलुलर इन्फ्रास्ट्रक्चर का एक कोनेस्टोन बना दिया जाता है।
Reconfigurable घटक के लिए कोर टेक्नोलॉजीज
सेमीकंडक्टर वार्टकोर
Varactor डायोड वोल्टेज नियंत्रित capacitance प्रदान करते हैं, जो निरंतर ट्यूनिंग की पेशकश करते हैं। आधुनिक सिलिकॉन और GaAs varactors 8:1 से अधिक कैपेसिटी अनुपात प्राप्त करते हैं, जिसमें 50 से अधिक गीगाहर्ट्ज़ आवृत्तियों पर Q कारकों के साथ। उनका मुख्य दोष उच्च आरएफ वोल्टेज पर सीमित रैखिकता है, जो ट्रांसमिट पथ में विरूपण का कारण बन सकता है। डिजाइनर अक्सर हार्मोनिक पीढ़ी को कम करने के लिए बैक-टू-बैक varactor विन्यास का उपयोग करते हैं।
आरएफ एमईएमएस स्विच और संधारित्र
माइक्रोइलेक्ट्रोमेकैनिकल (MEMS) डिवाइस निकट-ideal स्विच प्रदर्शन प्रदान करते हैं: बहुत कम सम्मिलन हानि (0.1-0.2 डीबी), उच्च अलगाव (> 40 डीबी), और स्थिर राज्य में लापरवाह बिजली की खपत। MEMS ट्यूनेबल कैपेसिटर 200 से अधिक Q के साथ 10:1 तक कैपेसिटी अनुपात प्राप्त कर सकते हैं। हालांकि, वे धीमी स्विचिंग समय (मिलीसेकेंड के लिए माइक्रोसेकेंड) और उच्च शक्ति निरंतर संचालन के तहत विश्वसनीयता चिंताओं से पीड़ित हैं। में हाल की प्रगति MEMS प्रक्रियाओं में ] ने चक्रों के अरबों के जीवनकाल में सुधार किया है।
पिन डायोड और सॉलिड स्टेट स्विच
पिन डायोड फास्ट स्विचन (नैनोसेकंड) और उत्कृष्ट पावर हैंडलिंग प्रदान करते हैं, जिससे उन्हें स्विच्ड-बैंक मिलान नेटवर्क के लिए उपयुक्त बनाया जाता है। उनके सम्मिलन हानि (0.5-1.0 डीबी) और डीसी बिजली की खपत व्यापार-बंद होती है। GaAs और सिलिकॉन-ऑन-इन्सुलेटर (SOI) FET स्विच कम नुकसान के साथ तुलनात्मक गति प्रदान करते हैं, विशेष रूप से एकीकृत CMOS प्रौद्योगिकियों में।
डिजिटली ट्यूनेबल कैपेसिटर (BST और CMOS)
बेरियम स्ट्रोंटेयम टाइटनेट (BST) संधारित्र एक फेरोइलेक्ट्रिक सामग्री का लाभ उठाते हैं जिसका लागू वोल्टेज के साथ ढांकता हुआ निरंतर परिवर्तन होता है। वे मध्यम Q (50-100) और उच्च समाई घनत्व प्रदान करते हैं, जो कॉम्पैक्ट डिजाइन के लिए उपयुक्त हैं। CMOS डिजिटल रूप से ट्यूनेबल कैपेसिटर (DTCs) कई स्विच संधारित्र कोशिकाओं को चिप पर एकीकृत करते हैं, जिससे द्विआधारी भारित समाई चरण की अनुमति मिलती है। 8-12 बिट्स रिज़ॉल्यूशन के साथ, डीटीसी एंटीना प्रतिबाधा ट्यूनिंग के लिए मोबाइल फ्रंट-एंड में तेजी से आम हैं।
डिजाइन वास्तुकला और टोपोलॉजी विकल्प
Pi-Network and T-Network Variant
पुन: विन्यास योग्य मिलान के लिए लोकप्रिय टोपोलॉजी में पाई-नेटवर्क (तीन प्रतिक्रियाशील तत्व: शंट-सीरीज़-शंट) और टी-नेटवर्क (सीरीज़-शंट-सीरीज़) शामिल हैं। दोनों ट्यूनेबल घटकों का उपयोग करते समय प्रतिबाधा की एक विस्तृत श्रृंखला को बदल सकते हैं। Π नेटवर्क एक दिए गए ट्यूनिंग रेंज के लिए व्यापक बैंडविड्थ प्रदान करता है, जबकि टी-नेटवर्क गुणवत्ता कारक पर बेहतर नियंत्रण प्रदान करता है। डिजाइनरों को आवश्यक प्रतिबाधा रेंज, ऑपरेटिंग बैंडविड्थ और उपलब्ध घटक मूल्यों पर आधारित चुनना चाहिए।
Lumped बनाम वितरित मिलान
6 गीगाहर्ट्ज से नीचे आवृत्तियों पर, एकमुश्त घटक (कैपेसिटर और प्रारंभकर्ता) व्यावहारिक हैं। 10 गीगाहर्ट्ज से अधिक, वितरित तत्व जैसे कि वेराक्टर या स्विच्ड ओपन / शॉर्ट सर्किट के साथ ट्रांसमिशन लाइन स्टब्स आवश्यक हो जाते हैं। हाइब्रिड दृष्टिकोण में पुनर् विन्यास बनाए रखने के दौरान आकार को कम करने के लिए निश्चित ट्रांसमिशन लाइनों के साथ एकमुश्त ट्यूनेबल कैपेसिटर्स को जोड़ दिया गया है।
स्विच करने योग्य घटक बैंक
एक सरल अभी तक प्रभावी विधि स्विच के माध्यम से चयनित निश्चित संधारित्रों और प्रारंभकर्ताओं के बैंकों का उपयोग करती है। यह असतत ट्यूनिंग वेराक्टरों की गैर-रेखीयता से बचाता है और उच्च शक्ति हैंडलिंग को सक्षम बनाता है। संभावित राज्यों की संख्या को combinatorial रूप से विकसित किया गया है; दो-राज्य स्विच के साथ छह स्विच संधारित्रों का एक सेट 64 प्रतिबाधा अंक पैदा करता है। स्विच नेटवर्क का सावधानीपूर्वक डिजाइन परजीवी समाई और अधिष्ठापन को कम करता है जो उच्च आवृत्ति प्रदर्शन को सीमित करता है।
नियंत्रण और अनुकूलन Algorithms
ग्रैडिएंट डेसेंट एंड पर्ट्रब्रेशन मेथड्स
अनुकूली मिलान के लिए क्लासिक दृष्टिकोण एक लागत समारोह को मापने के लिए है - जैसे कि परिलक्षित शक्ति या VSWR-और उस दिशा में ट्यूनेबल तत्वों को समायोजित करें जो इसे कम कर देता है। वर्तमान स्थिति के आसपास छोटे perturbation का उपयोग करके ढाले वंश एल्गोरिदम को लागू किया जा सकता है। अभिसरण गति चरण आकार और माप शोर पर निर्भर करती है। कुछ ट्यूनिंग तत्वों वाले सिस्टम के लिए, यह विधि मजबूत है और न्यूनतम कम्प्यूटेशनल संसाधनों की आवश्यकता है।
मशीन लर्निंग दृष्टिकोण
हाल के काम में रिएमएन नियंत्रण के लिए मजबूती सीखने (आरएल) और कृत्रिम तंत्रिका नेटवर्क (ANNs) लागू होते हैं। एक आर एल एजेंट एक ऐसी नीति सीखता है जो इष्टतम ट्यूनिंग राज्यों के लिए प्रतिबाधा माप को मैप करता है, यहां तक कि गैर-स्टेशनरी वातावरण में भी। ANNs नियंत्रण वोल्टेज और परिणामी प्रतिबाधा परिवर्तन के बीच गैर-लाइनर मैपिंग को मॉडल कर सकता है, जो एक बार प्रशिक्षित करने के बाद फीडफॉरवर्ड नियंत्रण को सक्षम बनाता है। ये तकनीक बहु-बैंड और बहु-एंटेन परिदृश्यों में उत्कृष्टता प्राप्त करती है, जहां पारंपरिक एल्गोरिदम आयामीता के अभिशाप के साथ संघर्ष करते हैं।
रियल टाइम सेंसिंग और फीडबैक
सटीक प्रतिबाधा संवेदन प्रभावी अनुकूलन के लिए महत्वपूर्ण है। दिशात्मक कप्लर्स और छह-पोर्ट परावर्तनमापी वास्तविक समय में अनुमान और # 915 प्रदान करते हैं; एकीकृत आरएफ पावर डिटेक्टर आगे और परिलक्षित शक्ति को मापते हैं, जिससे वीएसडब्ल्यूआर को व्युत्पन्न किया जा सकता है। नमूनाकरण दर को लोड प्रतिबाधा के परिवर्तन की उम्मीद दर को समायोजित करना चाहिए - मोबाइल फोन में मानव शरीर के प्रभावों के लिए मिलीसेकंड रेंज में और आरएफ एम्पलीफायरों में प्लाज्मा प्रतिबाधा के लिए नैनोसेकंड रेंज में।
सिमुलेशन और प्रोटोटाइप विचार
विद्युत चुम्बकीय (ईएम) सिमुलेशन उपकरण - जैसे कि एन्सिस एचएफएसएस, सीएसटी माइक्रोवेव स्टूडियो, या कीसाइट एडीएस - RIMNs के प्रदर्शन की भविष्यवाणी करने के लिए अपरिहार्य हैं। पूर्ण-तरंग सिमुलेशन घटक पैकेजों से पैरासिटिक प्रभाव को कैप्चर करता है, संक्रमण के माध्यम से और बोर्ड अनुनाद। सर्किट सॉलर के साथ सह-सिमुलेशन जिसमें गैर-रैक्टर मॉडल या स्विच पैरासिटिक नेटवर्क शामिल हैं, ट्यूनिंग रेंज, सम्मिलन हानि और हार्मोनिक विरूपण की सटीक भविष्यवाणी करता है।
कम नुकसान वाले सबस्ट्रेट्स (जैसे रोजर्स 4350B या TMM10) पर प्रोटोटाइप उत्पादन से पहले सत्यापन की अनुमति देता है। वेक्टर नेटवर्क विश्लेषक (VNA) मापन जिसमें अंशांकन शामिल हैं जिसमें नियंत्रण पूर्वाग्रह नेटवर्क आवश्यक हैं। अनुकूली नियंत्रण के लिए, एक फील्ड प्रोग्राम करने योग्य गेट सरणी (FPGA) या माइक्रोकंट्रोलर, varactor पूर्वाग्रह या स्विच ड्राइवरों के लिए डिजिटल-टू-अनालॉग कन्वर्टर्स के साथ नियंत्रण एल्गोरिदम और इंटरफ़ेस को लागू कर सकता है।
आधुनिक संचार प्रणालियों में अनुप्रयोग
5G और mmWave
पांचवीं पीढ़ी (5G) बेस स्टेशन और उपयोगकर्ता उपकरण आवृत्ति रेंज 1 (FR1: 0.41–7.125 GHz) और FR2 (24.25-52.6 GHz) में काम करते हैं। चरणबद्ध सरणी एंटेना एमएमवेव सिस्टम में इस्तेमाल किया गया था, बीम स्टीयरिंग और पारस्परिक युग्मन के कारण प्रतिबाधा भिन्नता का अनुभव करते हैं। प्रत्येक एंटीना तत्व पर पुन: विन्यास योग्य मिलान नेटवर्क इन विविधताओं के लिए क्षतिपूर्ति कर सकता है, कम वीएसडब्ल्यूआर बनाए रख सकता है और अधिकतम प्रभावी आइसोट्रोपिक विकिरण शक्ति (EIRP) ]]] को अधिकतम कर सकता है।
सॉफ्टवेयर-Defined रेडियो
SDR प्लेटफॉर्म का उद्देश्य एक आरएफ फ्रंट एंड के साथ एक विस्तृत आवृत्ति रेंज (जैसे 100 मेगाहर्ट्ज-6 गीगाहर्ट्ज़) को कवर करना है। एक निश्चित मिलान नेटवर्क SDR को संकीर्ण बैंड तक सीमित करेगा; RIMN पूरी रेंज में निकट-ऑप्टिमियल पावर ट्रांसफर को सक्षम करेगा। पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य मिलान के साथ संयुक्त ट्यूनेबल फिल्टर को USRP और HackRF जैसे प्लेटफार्मों में प्रदर्शित किया गया है, जिससे तेजी से आवृत्ति हॉपिंग और अनुकूली हस्तक्षेप रद्द करने की अनुमति मिलती है।
आईओटी और मल्टी बैंड सिस्टम
इंटरनेट ऑफ थिंग्स (आईओटी) उपकरणों को अक्सर विभिन्न आवृत्ति बैंड में कई प्रोटोकॉल (ब्लूटूथ, वाई-फाई, लोरा, एनबी-आईओटी) का समर्थन करने की आवश्यकता होती है। एक एकल पुन: विन्यास योग्य मिलान नेटवर्क कई निश्चित फिल्टर और मिलान सर्किट को प्रतिस्थापित कर सकता है, बोर्ड क्षेत्र को कम कर सकता है और सामग्री का बिल। बिजली की खपत के साथ, कम-हास स्विच संधारित्र बैंकों या एमईएमएस उपकरणों को वैरिएक्टरों पर पसंद किया जाता है, जिसके लिए निरंतर पूर्वाग्रह वर्तमान की आवश्यकता होती है।
भविष्य की दिशा और चुनौतियां
महत्वपूर्ण प्रगति के बावजूद, कई चुनौतियां बनी हुई हैं। Integration एक एकल CMOS या SOI प्रक्रिया में सक्रिय सर्किटरी के साथ ट्यूनेबल घटक का एक प्रमुख औद्योगिक लक्ष्य है। यह पैरासिटिक्स और लागत को कम करता है लेकिन Q और वोल्टेज हैंडलिंग पर सीमा लागू करता है। Linearity] संचारित पथों में एक चिंता है, विशेष रूप से वाकर आधारित डिजाइनों के लिए; स्विच किए गए संधारित्रों का उपयोग करके डिजिटल ट्यूनिंग बेहतर अंतर मॉड्यूलेशन प्रदर्शन प्रदान करता है। Wideband ऑपरेशन ऐसे नकारात्मक इनपुट के रूप में शामिल हैं।
चूंकि संचार प्रणाली संज्ञानात्मक और पुन: विन्यास योग्य आर्किटेक्चर की ओर विकसित होती है, प्रतिबाधा मिलान नेटवर्क पूरी तरह से अनुकूली उपप्रणाली बन जाएगा। उन्नत नियंत्रण एल्गोरिदम, कम-हानि ट्यूनेबल घटकों और वास्तविक समय संवेदन का एकीकरण अप्रत्याशित लचीलापन, बिजली दक्षता और सिग्नल की गुणवत्ता को सक्षम करेगा। डिजाइन सिद्धांतों ने यहां रेखांकित किया गया है कि इंजीनियरों को RIMN बनाने के लिए नींव प्रदान करता है जो अगली पीढ़ी के वायरलेस नेटवर्क की मांग आवश्यकताओं को पूरा करता है।