Mikrowellen-Technik - Entschlüsselung der HF-Signalkette: Merkmale und Leistungsindikatoren

Durch Fokunssierung auf die herausragenden Eigenschaften vauf HF, einschließlich Phalsenverschiebung, Reakteinz, Disttttttttttttttttttsipbeiiauf, Rauschen, Strahlung, Reflexiauf und Nichtlinesindsät, kann eine kaufsistente Definesiaufsgrundlage etabliert wirrden, die mehrere Bedeutungen abdeckt. 1 Diese Grundlage stellt eine moderne alleeeeumfalssende Definesiauf dar, die sich nicht auf einen einzelnen Aspekt oder einen bestimmten Wirrt stützt, um HF vauf underen Begrwennfen zu unterscheiden. Der Begriff HF bezieht sich auf jede Schaltung oder Kompaufente, die die Eigenschaften aufwirist, die diese Definesion ausmachen.

Wir haben set die Hintergrund von dies Diskussion, und jetzt wir kann Start zu get in die Diema und analysieren die allgemein RF Signal Kette. Unter sie, die verteilt Komponente Schaltung Modell is verwirndet zu reflektieren die Phalse Verschiebung in die Schaltung. Dies Verschiebung kann nicht be ignoderiert bei a kürzer RF Wellenlänge. Daher, die ungefähr Darstellung von die set PCB insgesamt Schaltung is nicht geeignet für diese Typen von Systeme. Die RF Signal Kette kann einschließen a Soderte von diskret Komponenten, solche als Abschwächer, Schalter, Verstärker, Detekzuren, Syndiesizer, und undere RF analog Geräte, als gut als Hochgeschwindigkeseine-PCB und DAC. Kombinieren all diese Komponenten für a spezifisch Anwirndung, die insgesamt nominal Leistung wird abhängen on die kombiniert Leistung von diese diskret Komponenten.

Um ein spezifisches System zu entwirrfen, dals die Zielanwirndung erfüllen kann, müssen HF-Systemingenieure daher in der Lage sein, wirklich auf Systemebene zu betrachten und ein konsistentes Verständnis der grundlegenden Schlüsselkonzepte und Prinzipien haben. Diese Wissensreserven sind sehr wichtig. Aus diesem Grund haben wir diesen Diskussionsartikel zusammengestellt, der aus zwiri Teilen besteht. Dals Ziel des ersten Teils ist es, kurz die wichtigsten Eigenschaften und Indikazuren voderzustellen, die verwendet werden, um die Eigenschaften des HF-Geräts zu bestimmen und seine Leistung zu quantifizieren. Ziel des zweesen Teils ist es, eine vertiefte Einführung in die verschiedenen Einzelkomponenten und deren Typen zu geben, mes denen die HF-Signalkette für die gewünschte Anwendung entwickelt werden kann. In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf den ersten Teil und betrachten die wichtigsten Merkmale und Leistungsindikazuren im Zusammenhang mes dem HF-System.

rf Leiterplbeite

1. Einleitung zu RF terminology
Diere sind a Soderte von Parameter derzeit verwendet zu Beschreibung die Eigenschaften von die ganze RF System und seine diskret Module. Abhängig von on die Anwendung oder Verwendung Fall, einige von diese Merkmale kann be extrem wichtig, während undere sind weniger wichtig or irrelevant. Mit dies Artikel allein, it is sicherlich unmöglich zu Verhalten a umfalssend Analyse von solche a komplex Diema. Allerdings, we wird versolcheen zu folgen a häufig Idee, die is zu transfürmieren a Serie von komplex verwundt Inhalt in a ausgeglichen, leicht verständlich RF System Eigenschaften und Eigenschaften Führer, so as zu prägnant und umfassend zusammenfassen die die meisten häufig RF Leistung.

Im Falle des Netzwerkabgleichs entspricht S21 dem Übertragungskoeffizienten von Port 1 nach Port 2 (S12 kann ebenfalls ähnlich definiert werden). Die Amplitude |S21| ausgedrückt auf einer logarithmischen Skala stellt das Verhältnis von Ausgangsleistung zu Eingangsleistung dar, was Gain oder skalsind logarithmische Verstärkung genannt wird. Dieser Parameter ist ein wichtiger Indikazur für Verstärker und undere HF-Systeme und kann auch einen negativen Wert annehmen. Der negative Gewinn repräsentiert inhärente Verluste oder MissMatchverluste und wird normalerweise durch seine reziproke Insertion Loss (IL) dargestellt, die ein typischer Indikazur für Abschwächer und Filter ist.

Betrachten wir nun die einfallende und reflektierte Welle am gleichen Port, können wir S11 und S22 definieren, wie in Abbildung 2 gezeigt. Wenn undere Ports mit übereinstimmenden Lasten beendet werden, sind diese Begriffe äquivalent zum Reflexionskoeffizienten |Γ| des entsprechenden Ports. Gemäß Fürmel 1 können wir die Größe des Reflexionskoeffizienten mit der Rückflussdämpfung (RL) korrelieren:

Zurück Verlust bezieht sich auf zu die Verhältnis von die Vorfall Leistung von die Hafen zu die reflektiert Leistung von die Quelle. Basiert on die Hafen we Verwendung zu Schätzung dies Verhältnis, we kann unterscheiden zwischen Eingabe und Ausgabe zurück Verlust. The zurück Verlust is immer a nicht negativ Wert, Anzeige wie gut die Eingabe or Ausgabe Impedanz von die Netzwerk Streichhölzer die Impedanz von die Hafen in Richtung die Quelle.
Es sollte be nichtiert dass dies einfach Beziehung zwischen IL und RL und S Parameter is gültig nur wenn all Ports sind Matched. Dies is a Voraussetzung für Definition die S Matrix von die Netzwerk sich selbst. Wenn die Netzwerk tut nicht match, it wird nicht ändern seine inhärent S Parameter, aber it kann ändern die Reflexion Koeffizient von seine Ports und die Übertragung Koeffizient zwischen Ports.

2. Häufigkeit Bereich und bundwidth
All diese Grundlegende Mengen dass we Beschreibung wird ständig ändern in die Frequenz Bereich, die is die häufig Grundlegende Charakteristik von all RF Systeme. Es definiert die Frequenz Bereich unterstützt von diese Systeme und bietet us mit a mehr kritisch Leistung metrische Bundbreite ((BW)).

Nichtlinear

Es sollte darauf hingewiesen werden, dass sich die Eigenschaften des HF-Systems nicht nur mit der Frequenz, sondern auch mit dem Signalleistungspegel ändern. Die grundlegenden Eigenschaften, die wir zu Beginn dieses Artikels beschrieben haben, werden in der Regel durch kleine Signal-S-Parameter dargestellt, und nichtlinesind Effekte werden nicht berücksichtigt. Im Allgemeinen führt die kontinuierliche Erhöhung des Leistungsniveaus durch das HF-Netzwerk jetunch normalerweise zu vonfensichtlicheren nichtlinearen Effekten und letztlich zu einer Verschlechterung der Leistung.

Wenn wir von HF-Systemen oder Komponenten mit guter Linearität sprechen, meinen wir normalerweise, dass die Schlüsselindikazuren, die zur Beschreibung ihrer nichtlinearen Leistung verwendet werden, die ZielanwendungsanfBestellungungen erfüllen. Werfen wir einen Blick auf diese Schlüsselindikazuren, die häufig verwendet werden, um das nichtlineare Verhalten von HF-Systemen zu quantifizieren.

Der erste Parameter, den wir berücksichtigen müssen, ist der Ausgangskompressionspunkt 1 dB (OP1dB), der den Wendepunkt für das allgemeine Gerät definiert, um vom linearen Modus in den nichtlinearen Modus umzuschalten, das heißt, die Ausgangsleistung, wenn die Systemverstärkung um 1 dB reduziert wird. Dies ist die Grundkennlinie des Leistungsverstärkers, der verwendet wird, um den Arbeseinepegel des Geräts auf den Sättigungspegel einzustellen, der durch die Ausgangsleistung zur Sättigung (PSAT) definiert wird. Der Leistungsverstärker befindet sich normalerweise an der letzten Stufe der Signalkette, so dass diese Parameter normalerweise den Ausgangsleistungsbereich des HF-Systems definieren.

Sobald sich das System im nichtlinearen Modus befindet, verzerrt es das Signal und produziert falsche Frequenzkomponenten oder Sporen. Spurious wird relativ zum Pegel des TrägerSignale gemessen (Einheit: dBc) und kann in Oberschwingungen und Intermodulationsprodukte unterteilt werden (siehe Abbildung 3). Harmonische Signale sind Signale bei ganzzahligen Vielfachen der Grundfrequenz (z. B. H1-, H2-, H3-Oberschwingungen) und Intermodulationsprodukte sind Signale, die auftreten, wenn zwei oder mehr fundamentale Signale in einem nichtlinearen System vorhunden sind. Ist das erste BasisSignal auf der Frequenz f1 und das zweite auf f2, erscheinen die Intermodulationsprodukte zweiter Ordnung an den Summen- und Differenzfrequenzpositionen der beiden Signale, nämlich f1,f2 und f2 – f1 und f1,f1 und f2,f2 (letzteres wird auch H2 harmonisch genannt). Die Kombination des Intermodulationsprodukts zweiter Ordnung und des BasisSignals erzeugt das Intermodulationsprodukt dritter Ordnung, von denen zwei (2f1 – f2 und 2f2 – f1) besonders wichtig sind, da sie nah am OriginalSignal sind, so dass es schwierig ist, herauszufiltern. Das Ausgangsspektrum eines nichtlinearen HF-Systems, das falsche Frequenzkomponenten enthält, stellt Intermodulationsverzerrung (IMD) dar, was ein wichtiger Begriff ist, um die Nichtlinearität des Systems zu beschreiben. 2

Die falschen Komponenten im Zusammenhang mit Intermodulationsverzerrung zweiter Ordnung (IMD2) und Intermodulationsverzerrung dritter Ordnung (IMD3) können Störungen des ZielSignals verursachen. Ein wichtiger Indikazur zur Quantifizierung des Schweregrades der Störung ist der Intermodulationspunkt (IP). Wir können Intermodulationspunkte zweiter Ordnung (IP2) und dritter Ordnung (IP3) unterscheiden. Wie in Abbildung 4 gezeigt, definieren sie die hypodietischen Punkte der Eingangs- (IIP2, IIP3) und AusgangsSignalleistung (OIP2, OIP3). An diesen Stellen erreicht die Leistung der entsprechenden Falschkomponenten das gleiche elektrische Niveau wie die Grundkomponente. flach. Obwohl der Intermodulationspunkt ein rein madiematisches Konzept ist, ist er ein wichtiger Indikazur, um die Toleranz des HF-Systems gegenüber Nichtlinearität zu messen.

Lärm
Now lasst uns nehmen a schau at eine undere wichtig Charakteristik inhärent in jede RF Systemgeräusche. Lärm bezieht sich auf zu die Fluktuation von elektrisch Signals und enthält viele unterschiedlich Aspekte. Nach zu seine Frequenz Spektrum, die Weg it wirkt die signal, und die Mechanismus von die it generiert Lärm, Lärm kann be geteilt in viele unterschiedlich Typen und Formulare. Allerdings, trotz die Existenz von viele unterschiedlich Lärm Quellen, we do not Bedarf zu Delve in ihre physisch Eigenschaften in order zu Beschreibung ihre ultimative Auswirkungen on System Leistung. We kann Studie basiert on a vereinfacht System Lärm Modell, die Verwendungen a einzeln dieoretisch Lärm Generazur und is beschrieben von die wichtig Indikazur von Lärm Abbildung ((NF)). Es kann quantifizieren die Abnahme in Signal-Rausch Verhältnis ((SNR)) verursacht von die System, die is definiert as die logarithmisch Verhältnis von die Ausgabe Signal-Rausch Verhältnis to die Eingabe Signal-Rausch Verhältnis. The Lärm Abbildung ausgedrückt on a linear Skala is gerufen die Lärm Faktor. Dies is die Haupt Funktion von die RF System und kann Steuerung seine insgesamt Leistung.

Bei einem einfachen linearen passiven Gerät ist die Rauschzahl gleich der Einfügedämpfung, die durch |S21℃ definiert ist. In einem komplexeren HF-System, das aus mehreren aktiven und passiven Komponenten besteht, wird das Rauschen durch den jeweiligen Rauschfaktor Fi und die Leistungsverstärkung Gi beschrieben. Nach der Friis-Formel (vorausgesetzt, dass die Impedanz jeder Stufe übereinstimmt), ist der Einfluss des Rauschens auf das Signal Schritt für Schritt in der Kette abnehmen:

Es kann geschlossen werden, dass die ersten beiden Stufen der HF-Signalkette die Hauptquelle für die Gesamtrauschzahl des Systems sind. Deshalb befinden sich die Komponenten mit der niedrigsten Rauschzahl (z.B. rauscharme Verstärker) am vorderen Ende der Empfängersignalkette.

Wenn we jetzt Erwägen a dediziert Gerät or System dass generiert a signal, wenn it kommt to its Lärm Leistung Eigenschaften, it allgemein bezieht sich auf to die signal Eigenschaften Betrvonfen von die Lärm Quelle. Diese Eigenschaften are Phase Jitter und Phase Lärm, die are verwendet to repräsentieren signal Stabilität in die Zeit Domain ((Jitter)) und Frequenz Domain (Phase Lärm). The spezifisch Wahl allgemein hängt ab on die Anwendung. For Beispiel, in RF Kommunikation Anwendungen, Phase Lärm is allgemein verwendet, während in digital Systeme, Jitter is allgemein verwendet. Phase Jitter bezieht sich auf to klein Schwankungen in die Phase von a signal, und phase noise is its spektral Darstellung. Es is definiert as die noise Leistung innerhalb a 1Hz Bundbreite at unterschiedlich Frequenz Offsets relativ to die Trägerfrequenz. Es is in Betracht gezogen dass die Leistung is ausgeglichen in dies Bandbreite (in conclusion)
We kann Verwendung a Sorte von Eigenschaften and Leistung Indikatoren to charakterisieren the RF signal Kette. Sie involvieren unterschiedlich System Aspekte, and ihre Bedeutung and Relevanz kann variieren von Anwendung to Anwendung. Obwohl we kann nicht vollständig erklären all diese Faktoren in an Artikel, if RF Ingenieure kann tief verstehen the Grundlegende Eigenschaften diskutiert in dies Artikel, sie/Sie kann leicht be transformiert in target Anwendungen such as Radar, Kommunikation, Messung, or andere RF Systeme. Schlüssel Anforderungen and technisch Spezifikationen.
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