مهندسی میدان و مایکروویو
انجمن مهندسی مایکروویو ایرانمهندسی میدان و مایکروویو
انجمن مهندسی مایکروویو ایراناثر ESR خازن
در این مقاله می خواهیم نشان دهیم که در کاربردهای پالسی باید توجه بیشتری به ESR خازن ها داشت. در حالت خازن های الکترولیتی که در یک فرستنده پالسی مورد استفاده قرار بگیرند، ESR مربوط به یک خازن 4.7uF حدود یک اهم است. مقاومت معادل سری در خازن های سرامیکی به شدت وابسته به ولتاژ هستند، ولی در الکترولیت ها تقریبا ثابت است. اغلب بر فرستنده های پالسی، معمولا نیاز دارید که یک مدار مدولاتور طراحی کنید تا پیک جریان های بالا، با rise time و fall time بسیار سریع، را برای تقویت کننده فراهم کند. منبع تغذیه به اندازه کافی دور از تقویت کننده قرار می گیرد، به همین دلیل نمی تواند منبع خوبی برای جریان های پالسی باشد. به همین دلیل خازن های discharge این کار را برای ما انجام می دهند.
در شکل زیر یک سیستم ذخیره سازی بار رو مورد بررسی قرار داده ایم، هنگامی که جریان منبع تغذیه به خوبی از بانک خازنی ذخیره ساز بار جدا شده است. خازن ها درست در کنار مدار مدولاتور قرار گرفته اند، و تقویت کننده را برای 10uS روشن و سپس برای مدت 40uS خاموش می کنند. جریان مستقیم منبع تغذیه 0.2 آمپر است (پیک جریان ضرب در duty factor). خازن ها 0.8 آمپر را در حین تولید پالس تامین می کنند، و با جریان 0.2- آمپر در زمان خاموشی تقویت کننده شارژ می شوند (یعنی مقدار بار خروجی = مقدار بار ورودی).
اثر افت ولتاژ: مقدار ولتاژ بانک خازنی ذخیره کننده بار با مقدار خازن معادل سری اش کاهش می یابد. برای مقدار خالص ESR شما باید ESR تمامی خازن ها را به صورت موازی محاسبه کنید. معمولا فرض می کنیم که ESR همه خازن ها برابر باشد (ولی در واقعیت ممکن است برابر نباشند). ولی خازن ها معمولا با ماکزیمم ESR خود بیان می شوند پس طراحی با مقدار داده شده حاشیه امنی برای ما ایجاد خواهد کرد.
در مثال بالا اگر ذخیره ساز بار 1 اهم ESR داشته باشد، باعث ایجاد یک ولت افت ولتاژ در سیستم خواهد شد. بنابراین اگر بخواهید یک تقویت کننده GaAs با ولتاژ درین 8 ولت را تغذیه کنید باید به آن 9 ولت متصل کنید.
اثر تلفات توانی: توان تلف شده در یک مقاومت برابر با توان دوی مقدار RMS شکل موج جریان پالسی ضرب در مقاومت ESR است. این مقدار برای N خازن در عدد N ضرب خواهد شد.
اکنون نیاز داریم که جریان RMS شکل موج را حساب کنیم. به منظور محاسبه جریان RMS نیاز داریم که مقدار میانگین زمانی توان دوم جریان را محاسبه کرده و سپس از آن جذر بگیریم. این کار با استفاده از انتگرال گیری از شکل موج جریانی قابل انجام است. ولی برای جریان های پالسی مربعی، اینکار به راحتی و ذهنی انجام خواهد شد.
در هنگام جریان پالسی، منبع تغذیه به صورت کلی از خازن ذخیره کننده بار جدا شده است، خازن جریان پیک مورد نیاز منهای جریان میانگین I1 را تامین می کند:
هنگامی که فرستنده خاموش است، خازن با جریان I2 شارژ می شود:
اکنون میانگین زمانی مربع جریان را محاسبه می کنیم تا مقدار جریان RMS را بدست بیاوریم. معادلات زیر محاسبات را قدم به قدم نشان می دهند.
اکنون که جریان RMS محاسبه شده است، می توانیم میزان تلفات ناشی از ESR را محاسبه کنیم:
در نهایت نگاهی به میزان جریان RMS به عنوان درصدی از جریان پیک می کنیم. برای تقویت کننده ای که به طور کامل خاموش یا روشن است (DF=100% یا DF=0%)، خازن هیچ جریانی را تامین نمی کند. ماکزیمم جریان هنگامی اتفاق می افتد که DF=50% باشد (موج مربعی). در DFهای 25% و 75% نسبت 3/16 است.
اکنون مقدار تلفات را در مثال محاسبه می کنیم. جریان پیک 1 آمپر، DF=20% و خازن جریان 0.32 آمپر RMS را تامین می کند. میزان تلفات 102mW است. به نظر می آید در این حالت مشکل خاصی نداشته باشیم. اگر شما بخواهید خازنی برای تامین جریان پیک 10 آمپر استفاده کنید، میزان تلفات به 10 وات می رسد.
دانلود مقالات سفید در ارتباط با 5G
مقالات بسیاری در زمینه تکنولوژی 5G ارائه شده است. در زیر می توانید به لینک دانلود برخی از آن ها دسترسی پیدا کنید.
5G Massive MIMO Testbed: From Theory to Reality
Simulation of MIMO Antennas for 5G Telecommunications
5G
تا کنون تقریبا همه درباره نسل آینده شبکه های بی سیم (5G) شنیده اند. تغییرات عمده انتقال فرکانس حامل به موج های میلی متری و استفاده از شماهای پیچیده مدولاسیون است. در این نسل می توان انتظار سرعت های بالا تا حدود 10Gb/s، تاخیر کمتر (کمتر از 1mS) و ارتباطات کامل دو طرفه ویژگی هایی خواهد بود که در یک تلفن همراه می توان داشت.
تا کنون در سال 2016، 5G هنوز به صورت یک استاندارد در حال توسعه است. تکنولوژی کنونی در فرکانس حدود 2.7GHz با نرخ انتقال داده نهایتا 1Gb/S است. 5G تا 60GHz پیش خواهد رفت و نرخ انتقال داده 10Gb/S را فراهم می کند. بنظر می رسد مشابه تمامی نسل های پیشین اندکی طول خواهد کشید تا 5G تجاری شود، با فعالیت های کنونی حدود سال 2020 به بازار خواهد آمد. MIMO وسیع یکی از حوزه های هیجان انگیز تحقیقات بی سیم 5G بوده که باعث فراهم کردن نرخ داده بیشتر برای کاربران خواهد بود.
مهندس مایکروویو کیست؟
در ابتدا باید یادآوری کرد که الکترونیک در حوزه مایکروویو در بخش آنالوگ فعالیت می کند. اگر بخواهیم به طور خلاصه بیان کنیم که چه چیز یک مهندس مایکروویو را از یک مهندس برق عادی متمایز می کند، تعدادی از مفاهیم است که یک مهندس مایکروویو را می سازد. این مفاهیم پارامترهای S، چارت اسمیت، دسیبل، خطوط انتقال (شامل موجبر، که در واقع یک خط انتقال نیستند ولی عملکرد مشابهی دارند) و عمق پوستی هستند. توجه داشته باشید که ما آنتن را بیان نکردیم، زیرا مبحث آنتن را بسیار متفاوت و دور از مهندسی مایکروویو میدانیم. مسئله جالب این است که شما می توانید در هر یک از این مباحث خبره و کارشناس شوید بدون اینکه ریاضیات پیشرفته و یا حتی تحصیلات آکادمیک داشته باشید، ولی بدون داشتن مدرک دانشگاهی بدست آوردن شغلی در این صنعت با عنوان مهندس برایتان بسیار سخت خواهد بود.
اندکی نصیحت و پیشنهاد: اگر می خواهید در این حوزه (یا هر حوزه دیگر) موفق شوید مهم ترین مسئله علاقه به کارتان است. هیچ چیز از شور و اشتیاق پیشی نمی گیرد، حتی مغزهای بزرگ. اگر شما مایکروویو را به صورت ویژه جذاب برای خودتان پیدا نکردید، به دنبال کار دیگری برای خودتان بگردید.
چرا 50 اهم؟ (ماکزیمم توان قابل انتقال)
مقدار بیشینه توان قابل در کابل کواکسیال با ولتاژ شکست دی الکتریک کابل رابطه دارد. ممکن است بخواهید فاصله بین هادی داخلی کابل کواکسیال و هادی خارجی (شیلد) را افزایش دید تا از آرک الکتریکی جلوگیری کنید. بنابراین ممکن است تصمیم بگیرید که هادی داخلی را تا جایی که می توانید نازک می کنید، ولی این روش اشتباهی است. توزیع میدان الکتریکی ماکزیمم در کابل کواکسیال کاملا متفاوت با رساناهایی با دو صفحه موازی است. در زیر معادله "بهبود میدان" وجود دارد که بیانگر میزان تفاوت نسبت به صفحات موازی است:
Beta=(a/r)/[ln(1+a/r)]
