مهندسی میدان و مایکروویو
انجمن مهندسی مایکروویو ایرانمهندسی میدان و مایکروویو
انجمن مهندسی مایکروویو ایرانچرا 50 اهم؟
بسیاری از تجهیزات مایکروویو در سیستم های 50 اهمی کار می کنند (تجهیزاتی در سیستم های 75 اهم کار می کنند). اکنون این سوال مطرح است، چرا این استاندارد انتخاب شده است؟
استاندارد سازی امپدانس پنجاه اهم به زمان تولید و توسعه کابل های کواکسیال برای استفاده در فرستنده های رادیویی کیلو واتی 1930 بر می گردد. یک توضیح مناسب برای انتخاب امپدانس 50 اهم در کتاب تیوب های مایکروویو گیلمر وجود دارد. پاسخ سریع مربوط به ایجاد تعادل مناسب توسط امپدانس 50 اهم، بین ماکزیمم توان انتقالی و تلفات اندک در کابل های کواکسیال با دی الکتریک هوا است.
تلفات کابل بر حسب امپدانس: برای سیگنال های RF، مقاومت در واحد طول یک کابل کواکسیال توسط مساحت پیرامونی فلز رسانای ناشی از اثر عمق پوستی و نه تمامی سطح مقطع محاسبه می شود. در زیر معادله تلفات در واحد طول برای کابل های کواکسیال برای مقدار دی الکتریک و فلز رسانای دلخواه آورده شده است:
شما تصور می کنید که یک رسانای ضخیم باید همیشه دارای تلفات عبوری کمتری باشد زیرا دارای مساحت پیرامونی بیشتری (مولفه یک بر روی d باعث کاهش تلفات با افزایش d می شود) است. ولی شما اشتباه می کنید، زیرا امپدانس مشخصه کابل دارای مولفه log(D/d) در مخرج بوده که باعث افزایش امپدانس مشخصه با افزایش d می شود.
به منظور رسم منحنی تلفات در واحد طول بر حسب امپدانس مشخصه، به رابطه امپدانس مشخصه کابل کواکسیال توجه می کنیم. امپدانس مشخصه یک کابل کواکسیال به صورت زیر محاسبه می شود:
اکنون می توانیم منحنی تلفات در واحد طول بر حسب امپدانس مشخصه را رسم کنیم. با رسم این مشخصه متوجه می شویم که مقدار تلفات در واحد طول در امپدانس 77 اهم، برای هر کابلی با دی الکتریک هوا، به حداقل خود می رسد.
ادامه دارد....
دسیبل
یک دسیبل نسبت لگاریتمی متداولی از دو سطح توان RF یا دو سطح ولتاژ RF است (معمولا سطوح توان یا ولتاژ ورودی و خروجی). مزیت استفاده از محاسبات لگاریتمی در این است که ضرب به جمع و تقسیم به تفریق تبدیل می شود. فرمول محاسبه نسبت توان ها به dB به صورت زیر است:
(10xlog(power level2/power level1
(10xlog(voltage level2/voltage level1
البته توجه داشته باشید که در مایکروویو ما بیشتر به سطوح توان اهمیت می دهیم تا سطوح ولتاژ، به همین دلیل سیگنال های مایکروویو بیشتر با واحد میلی وات سنجیده می شوند و نه میلی وات. در صورت دانستن امپدانس مشخصه سیستم می توان به راحتی توان را به ولتاژ و یا ولتاژ را به توان تبدیل کرد.
مفهوم دسیبل: دسیبل یک راه بسیار مناسب برای صحبت درباره افزایش (گین) یا کاهش (تلفات) بدون صحبت درباره مقدار حقیقی توان یا ولتاژ است. به خاطر داشته باشید که دسیبل یک واحد مانند میلی متر یا اینچ نیست، بلکه یه نسبت است. یک مقدار منفی dB بیانگر تلفات یا کاهش سطح توان و یک مقدار مثبت dB بیانگر افزایش بهره و یا افزایش توان سیگنال است. هنگامی که در مورد تلفات به dB صحبت می کنیم، متداول است که علامت منفی را بیان نکنیم. مثلا یک تضعیف کننده 10dB دارای 10dB تلفات بوده، در حالیکه دارای 10- دسیبل بهره است.
در حوزه مایکروویو از واحدهای dBm (دسیبل نسبت به میلی وات) و یا dBW (دسیبل نسبت به وات) استفاده می شود. باز هم همان محاسبات لگاریتمی در اینجا هم وجود دارد، در اینجا شما تنها یک سطح توان را به نسبت 1mW محاسبه می کنید. 10dBm معادل 10mW، و 20dBm معادل 100mW و 30dBm معادل 1000mW (یا یک وات) است.
در زیر مقادیر حدودی برخی نسبت های دسیبلی متداول آورده شده است.
30 dB is an increase of 1000X in power
20 dB is an increase of 100X in power
10 dB is an increase of 10X in power
6 dB is an increase of 4X in power
3 dB is an increase of 2X in power
2 dB is an increase of 1.6X in power
1 dB is an increase of 1.25X in power
0 dB is no increase or decrease in power
-1 dB is a decrease of 20% in power
-2 dB is a decrease of 37% in power (roughly a decrease of 1/3)
-3 dB is a decrease of 50% in power
-6 dB is a decrease of 75% in power
-10 dB is a decrease of 90% in power
-20 dB is a decrease of 99% in power
-30 dB is a decrease of 99.9% in power
پارامترهای ABCD
پارامترهای ABCD را می توان، همانند پارامترهای S، برای توصیف شبکه های مایکروویو استفاده کرد. تمامی طراحان مایکروویو با پارامترهای S آشنا هستند. ما روزانه از آنها برای گرفتن داده ها، نوشتن و ارایه گزارش استفاده می کنیم. پس لزوم استفاده از پارامترهای ABCD چیست?
پاسخ ساده است. ماتریس ABCD را میتوان برای تحلیل دو شبکه سری، به در هم ضرب کرد. نمی توان پارامترهای دو شبکه سری را از روی پارامترهای S تک تک آنها محاسبه کرد. به همین دلیل ابتدا پارامترهای S را به پارامترهای ABCD تبدیل می کنند سپس محاسبات را انجام می دهند.
فرمول تبدیل پارامترهای S به پارامترهای ABCD به صورت زیر است:
فرمول تبدیل پارامترهای ABCD به پارامترهای S به صورت زیر است:
اسیلاتورهای مایکروویو
بسیاری از طراحان تقویت کننده به شما خواهند گفت که طراحی یک اسیلاتور بسیار آسان است!!!.
بینهایت ترکیب متفاوت از عناصر مداری وجود دارد که درست زمانی که نمی خواهید، برایتان نوسان ایجاد می کنند.
اما طراحی مفید یک اسیلاتور پایدار و با خروجی قابل کنترل در واقع داستان دیگری است....
شرایط نوسان اسیلاتور ساده است، بهره حلقه ی یک اسیلاتور باید برابر یا بیشتر از یک بوده و مقدار شیفت فاز کلی در طول حلقه ی فید بک باید یک ضریب صحیح از 360 درجه باشد.
به این نوع اسیلاتورها مثبت و یا فیدبک سازنده گفته می شود.
در عمل شبکه فیدبک معمولا دارای یک رزونانس است، که فرکانس خروجی اسیلاتور را تعیین می کند.
برخی تعاریف اسیلاتورها:
اسیلاتور محلی (LO): منبع سیگنالی که در گیرنده برای downconvert کردن سیگنال دریافتی بر روی یک فرکانس میانی استفاده می شود.
اسیلاتور کنترل شده با ولتاژ (VCO): اسیلاتوری که فرکانس خروجی آن توسط ولتاژ یک سیگنال آنالوگ کنترل می شود.
اسیلاتورهای sweep: در حالت کلی یک بخش از تجهیزات تست است که قادر به sweep کردن یک سیگنال cw در یک پهنای باند خاص است. یک اسیلاتور sweep خوب از حلقه های قفل فاز برای اطمینان از صحت و پایداری فرکانس سیگنال استفاده می کند. این دستگاه معمولا synthesizer نامیده می شود.
پوستر اختصاص طیف الکترومغناطیس در دنیا.
برای دانلود این پوستر می توانید به کانال تلگرام انجمن مهندسی مایکروویو ایران مراجعه کنید و یا از لینک زیر دانلود نمایید.