Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Основні поняття та компоненти радіочастотної системи. Радіочастота -…
Основні поняття та компоненти радіочастотної системи. Радіочастота - початковий рівень.
Що таке радіочастота?
Радіочастота (RF – Radio Frequency) – це частина електромагнітного спектра, яка використовується для бездротової передачі сигналів (звук, відео, дані тощо).
Електромагнітні хвилі
Електромагнітна хвиля — це поєднання електричного й магнітного поля, яке поширюється в просторі.
Частота (Frequency) — скільки коливань за секунду
Довжина хвилі (Wavelength) — відстань між піками хвилі
Швидкість поширення — у вакуумі це швидкість світла (≈ 300 000 км/с)
Компоненти РЧ-системи
Передавач (Transmitter)
Генерує сигнал певної частоти
Посилає на антену
Модуляціює дані в сигнал
Антена
Випромінює або приймає хвилі
Перетворює електричний сигнал у радіохвилю (і навпаки)
Приймач (Receiver)
Приймає радіохвилю через антену
Виділяє потрібну частоту
Демодуляціює сигнал і перетворює назад в інформацію
Measurement Devices
Measurement Devices — це прилади і інструменти, які використовують для вимірювання параметрів сигналів і компонентів у радіочастотних (RF) і мікрохвильових системах.
. Основні типи вимірювальних приладів у RF:
Векторний аналізатор спектру (VNA) Вимірювання S-параметрів (відбиття, передачі) RF-компонентів
Спектроаналізатор Аналіз спектру сигналу, рівнів шуму, гармонік
Осцилограф (цифровий) Візуалізація часових сигналів
Частотомір Вимірювання частоти сигналу
Радіочастотний генератор сигналів Створення тестових RF сигналів
Потенціометр (ATTENUATOR) Вимірювання і регулювання потужності сигналу
Шумомір Вимірювання рівня шуму у системі
Мілі- і мікровольтметри Вимірювання напруги на високих частотах
Основні поняття
Frequency (Частота) Вимірюється в герцах (Гц), показує, скільки коливань відбувається за 1 секунду
Amplitude (Амплітуда) Висота хвилі, яка показує потужність сигналу
Power (Потужність) Кількість енергії, що передається (вимірюється у ватах або dBm)
Noise (Шум) Небажаний сигнал, який заважає корисному сигналу
Impedance (Імпеданс) Опір у високочастотному колі, важливо для узгодження компонентів
Modulation (Модуляція) Зміна параметрів хвилі для кодування інформації
Шум (Noise) і завади
Noise (шум) — це будь-який небажаний сигнал, який може заважати прийому:
Природні
грози, Сонце
Технічні
електродвигуни, комп’ютери
Інші сигнали
конфлікт Wi-Fi, Bluetooth
Фазор — це спосіб графічного представлення змінного сигналу (наприклад, синусоїди) у вигляді обертового вектора в площині.
Модуляція — процес, коли ми "накладаємо" інформацію на радіохвилю.
Типи модуляції
AM (амплітудна) Змінюється амплітуда хвилі
FM (частотна) Змінюється частота
QAM, PSK Використовуються в цифровому зв’язку (Wi-Fi, LTE)
Застосування радіочастотних систем у житті
FM-радіо 88–108 МГц
Wi-Fi (2.4 ГГц) 2400–2483 МГц
Wi-Fi (5 ГГц) 5.1–5.8 ГГц
4G 700–2600 МГц
Bluetooth ~2.4 ГГц
GPS ~1.5 ГГц
Супутники 1–30 ГГц
VCO (Voltage-Controlled Oscillator) та осцилятори
Осцилятор — це електронний пристрій, який генерує коливання (сигнали) певної частоти без зовнішнього сигналу.
VCO (осцилятор, керований напругою) — це осцилятор, частота якого змінюється залежно від вхідної напруги.
Типи осциляторів
RC-осцилятор Низькочастотні генератори
LC-осцилятор Радіочастоти, стабільна генерація
Кварцовий (Crystal Oscillator) Дуже стабільні частоти, наприклад, у годинниках, GPS
VCO Керований напругою – змінна частота
Лінійність — це здатність радіочастотного пристрою (наприклад, підсилювача) точно відтворювати форму вхідного сигналу на виході, без спотворень.
Лінійний пристрій: вихідна хвиля виглядає так само, як вхідна (тільки більша).
Нелінійний пристрій: хвиля спотворюється — з'являються гармоніки, змішування частот та інші небажані ефекти.
S-param
S-параметри (Scattering parameters) — це набір характеристик, які описують, як радіочастотний сигнал проходить через компонент або пристрій, з урахуванням відбиттів і переданих хвиль.
Для чого це?
оцінити відбиття сигналу (незгода по імпедансу),
зрозуміти, наскільки ефективно сигнал проходить через пристрій (фільтр, підсилювач, антена),
спроєктувати і перевірити узгодження.
Найчастіше використовують:
Для двопортових пристроїв (наприклад, кабель, підсилювач, фільтр), є чотири основні параметри:
S11 Відбиття на вході (input return loss)
S21 Передача з порту 1 у порт 2 (forward gain/loss)
S12 Зворотна передача (порт 2 → порт 1)
S22 Відбиття на виході (output return loss)
(Діаграма Сміта)
Діаграма Сміта — це графічний інструмент, який використовується для:
аналізу комплексного імпедансу (опору),
проектування узгоджувальних схем,
візуалізації відбиттів сигналу.
Software
Software (програмне забезпечення) — це набір інструкцій або програм, які керують роботою комп’ютера або будь-якого іншого електронного пристрою.
ADS — це професійне програмне забезпечення для проєктування радіочастотних (RF), мікрохвильових та високошвидкісних електронних схем.
Практичне призначення ADS:
Розробка мікросхем і радіочастотних пристроїв:
Проєктування антен і хвилеводів:
Аналіз друкованих плат (PCB):
Швидке прототипування і перевірка ідей без фізичного виробництва:
Аналіз нелінійностей, шумів і міжмодуляції:
Cadence — це американська компанія, яка розробляє програмне забезпечення для автоматизованого проєктування електроніки
Основні продукти Cadence:
Virtuoso — для аналогового та змішаного проектування (Analog & Mixed-Signal Design).
Spectre — симулятор аналогових схем.
Allegro — проектування друкованих плат (PCB Design).
OrCAD — спрощена версія для схематичного моделювання та трасування плат.
Innovus — проектування цифрових мікросхем (ASIC).
Joules, Voltus, Tempus — аналіз споживання енергії, часових характеристик, шумів тощо.
AWR Corporation — це компанія, яка розробляє програмне забезпечення для проєктування радіочастотних (RF), мікрохвильових та високочастотних електронних схем.
Основні продукти AWR:
Microwave Office — флагманський продукт для проектування мікрохвильових схем, під-
силювачів, фільтрів, антен.
Visual System Simulator (VSS) — для моделювання та аналізу складних систем зв'язку.
3.AXIEM та Analyst — електромагнітні (EM) симулятори для точного аналізу структури
пристроїв.
CST Studio Suite — це професійне програмне забезпечення для електромагнітного (ЕМ) моделювання в 3D.
Основні можливості CST:
3D-моделювання електромагнітних полів.
Аналіз антен, хвилеводів, резонаторів, мікросхем, кабелів тощо.
Спільна симуляція кількох фізичних ефектів: термічного, механічного і електромагніт-
ного.
Технологія мультисолверів — дозволяє вибирати різні методи симуляції (FDTD, FEM,
MoM тощо) залежно від задачі.
HFSS (High Frequency Structure Simulator) — це програмне забезпечення для тривимірного електромагнітного моделювання високочастотних компонентів і систем.
Основна мета HFSS:
Забезпечити точне моделювання електромагнітного поля у складних тривимірних
структурах з метою:
передбачення поведінки ВЧ-пристроїв;
оптимізації конструкцій;
зменшення кількості фізичних прототипів;
забезпечення електромагнітної сумісності.
Потужність сигналу (Power)
Визначає, наскільки далеко може передаватись сигнал
Вимірюється в Ватах (Вт) або децибелах від 1 мВт (dBm)
Power Amplifier — це електронний пристрій, який підсилює потужність сигналу до рівня, достатнього для передачі на велику відстань через антену.
Основні характеристики Power Amplifier
Gain (підсилення) Наскільки сильно PA збільшує потужність сигналу (в дБ)
Output Power Потужність на виході (наприклад, 1 Вт, 10 Вт, 30 дБм)
Efficiency (ККД) Скільки електроенергії реально йде на сигнал
Linearity Наскільки точно зберігається форма сигналу при підсиленні
Impedance Matching Вихід PA має бути узгоджений (зазвичай 50 Ом), щоб уникнути відбиття сигналу
Імпеданс — це опір у колі змінного струму, тобто узагальнений спротив, який чиниться сигналу, що проходить через електричну або радіочастотну систему.
узгодження
Matching (узгодження) — це процес підбору однакового імпедансу (опору) між різними частинами радіочастотної системи, щоб максимально передати енергію без відбиттів.
Для чого потрібне узгодження?
Максимально передати потужність сигналу
Уникнути відбиття сигналу
Зменшити КСВ (SWR/VSWR)
Покращити якість зв’язку
Атенюатор
Атенюатор — це пристрій, який зменшує потужність сигналу. Його можна уявити як "глушник" для електричного сигналу.
Для чого використовують атенюатори?
Захист обладнання
Узгодження рівнів
Зменшення відбиттів
Тестування і калібрування
Типи атенюаторів:
Фіксовані (наприклад, на 3 дБ, 10 дБ).
Регульовані (можна змінювати ступінь послаблення).
Програмовані (керуються електронікою).
