Technique RF - Décryptage de la chaîne de signaux RF: caractéristiques et indicateurs de performance

En se concentrant sur les propriétés exceptionnelles des RF, y compris le déphasage, la réactance, la dissipation, le bruit, le rayonnement, la réflexion et la non - linéarité, il est possible d'établir une base cohérente de définitions couvrant une grande variété de significations. 1 Cette base représente une définition moderne qui ne repose pas sur un seul aspect ou une valeur spécifique pour distinguer RF d'autres termes. Le terme RF s'applique à tout circuit ou composant présentant les caractéristiques qui constituent cette définition.

Nous avons défini le contexte de cette discussion et nous pouvons maintenant commencer à entrer dans le sujet et à analyser la chaîne de signaux RF en général. Dans lequel le modèle de circuit à éléments distribués est utilisé pour refléter le déphasage dans le circuit. A des longueurs d'onde RF plus courtes, ce décalage ne peut être négligé. Ainsi, la représentation approximative du circuit PCB total mis en place n'est pas adaptée à ces types de systèmes. La chaîne de signaux RF peut comprendre divers composants discrets tels que des atténuateurs, des commutateurs, des amplificateurs, des détecteurs, des synthétiseurs et d'autres dispositifs analogiques RF, ainsi que des circuits imprimés et des DAC haute vitesse. En combinaison avec tous ces composants pour une application particulière, les performances nominales globales dépendront des performances combinées de ces composants discrets.

Par conséquent, pour concevoir un système spécifique qui peut répondre à l'application cible, les ingénieurs système RF doivent être en mesure de vraiment penser au niveau du système et d'avoir une compréhension cohérente des concepts et principes clés de base. Ces réserves de connaissances sont très importantes. Pour cette raison, nous avons écrit cet article de discussion qui contient deux parties. L'objectif de la première partie est de présenter brièvement les principales caractéristiques et indicateurs utilisés pour déterminer les caractéristiques des dispositifs RF et quantifier leurs performances. L'objectif de la deuxième partie est de présenter en profondeur les différents composants individuels de la chaîne de signaux RF et leurs types qui peuvent être utilisés pour développer l'application souhaitée. Dans cet article, nous nous concentrerons sur la première partie et examinerons les principales caractéristiques et indicateurs de performance liés aux systèmes RF.

Carte PCB RF

Introduction à la terminologie RF Voici les différents paramètres actuellement utilisés pour décrire les caractéristiques de l'ensemble du système RF et de ses modules discrets. Selon l'application ou le cas d'utilisation, certaines de ces fonctionnalités peuvent être très importantes, tandis que d'autres sont moins importantes ou insignifiantes. Avec cet article seul, il est certainement impossible de faire une analyse complète d'un sujet aussi complexe. Cependant, nous tenterons de suivre une idée commune, à savoir transformer une série complexe de contenus pertinents en un guide équilibré et facile à comprendre des caractéristiques et des caractéristiques des systèmes RF, ce qui donnera un résumé concis et complet des performances RF les plus courantes.

Dans le cas d'une correspondance réseau, s21 est équivalent au coefficient de transmission du port 1 au Port 2 (s12 peut également être défini de manière similaire). L'amplitude | s21 | exprimée sur une échelle logarithmique représente le rapport entre la puissance de sortie et la puissance d'entrée, appelé gain ou gain logarithmique scalaire. Ce paramètre est un indicateur important pour les amplificateurs et autres systèmes RF et peut également prendre une valeur négative. Le gain négatif représente les pertes intrinsèques ou les pertes de désadaptation, généralement représentées par leur inverse, c'est - à - dire les pertes d'insertion (il), un indicateur typique des atténuateurs et des filtres.

Si nous considérons maintenant les ondes incidentes et réfléchies d'un même port, nous pouvons définir S11 et s22, comme le montre la figure 2. Ces termes sont équivalents au coefficient de réflexion | Isla | du port correspondant lorsque les autres ports se terminent avec une charge correspondante. Selon la formule 1, nous pouvons associer la taille du coefficient de réflexion à la perte de retour (RL):

Par perte de retour, on entend le rapport entre la puissance incidente du port et la puissance réfléchie de la source lumineuse. En fonction des ports que nous utilisons pour estimer ce ratio, nous pouvons distinguer les pertes de retour en entrée et en sortie. La perte de retour est toujours une valeur non négative indiquant dans quelle mesure l'impédance d'entrée ou de sortie du réseau correspond à l'impédance du port à la source. Il est à noter que cette relation simple entre les paramètres il, RL et s ne fonctionne que si tous les ports sont adaptés. C'est une condition préalable pour définir la matrice s du réseau lui - même. Si le réseau ne correspond pas, il ne modifie pas son paramètre s intrinsèque, mais il peut modifier le coefficient de réflexion de ses ports et le coefficient de transmission entre les ports.

2. Gamme de fréquences et largeur de bande toutes ces grandeurs de base que nous décrivons changent constamment dans la gamme de fréquences, une caractéristique de base commune à tous les systèmes RF. Il définit les gammes de fréquences prises en charge par ces systèmes et nous fournit une bande passante de mesure de performance (BW) plus critique.

Non linéaire

Il est à noter que les caractéristiques d'un système RF peuvent varier non seulement avec la fréquence, mais aussi avec le niveau de puissance du signal. Les caractéristiques essentielles que nous avons décrites au début de cet article sont généralement représentées par le paramètre petit signal s, sans tenir compte des effets non linéaires. Cependant, comme c'est souvent le cas, l'augmentation constante du niveau de puissance par le biais d'un réseau radiofréquence entraîne généralement des effets non linéaires plus prononcés et, en fin de compte, une dégradation de ses performances.

Lorsque nous parlons d'un système RF ou d'un composant avec une bonne linéarité, nous entendons généralement par là que les indicateurs clés utilisés pour décrire ses performances non linéaires répondent aux exigences de l'application cible. Examinons ces indicateurs clés couramment utilisés pour quantifier le comportement non linéaire des systèmes RF.

Le premier paramètre à prendre en compte est le point de compression de sortie 1 DB (op1db), qui définit le point d'inflexion du dispositif universel pour passer du mode linéaire au mode non linéaire, c'est - à - dire le niveau de puissance de sortie lorsque le gain du système est réduit de 1 db. C'est une caractéristique essentielle des amplificateurs de puissance pour fixer le niveau de fonctionnement du dispositif à un niveau de saturation défini par une puissance de sortie proche de la saturation (psat). Les amplificateurs de puissance sont généralement situés au dernier étage de la chaîne de signaux, de sorte que ces paramètres définissent généralement la plage de puissance de sortie du système radiofréquence.

Une fois que le système est en mode non linéaire, il déforme le signal et crée des composantes fréquentielles parasites ou parasites. Les parasites sont mesurés par rapport au niveau du signal porteur (en dBc) et peuvent être divisés en harmoniques et produits d'intermodulation (voir figure 3). Un signal dont l'harmonique est un multiple entier de la fréquence fondamentale (par example les harmoniques H1, H2, H3) et le produit d'intermodulation est un signal qui apparaît lorsque deux signaux de base ou plus sont présents dans un système non linéaire. Si le premier signal élémentaire est à la fréquence F1 et le second à la fréquence F2, le produit d'intermodulation du second ordre apparaît dans les positions somme et différence des deux signaux, à savoir F1 + F2 et f2âf1, et F1 + F1 et F2 + F2 (ce dernier étant également appelé harmonique H2). La combinaison d'un produit d'intermodulation de second ordre et d'un signal de base donnera un produit d'intermodulation de troisième ordre dont deux (2f1âf2 et 2f2âf1) sont particulièrement importants car proches du signal d'origine et donc difficiles à filtrer. Le spectre de sortie d'un système radiofréquence non linéaire contenant des composantes fréquentielles parasites représente la distorsion d'intermodulation (IMD), un terme important pour décrire la non - linéarité du système. 2.

Les composantes parasites associées à la distorsion d'intermodulation du deuxième ordre (imd2) et à la distorsion d'intermodulation du troisième ordre (imd3) peuvent perturber le signal cible. Un indicateur important utilisé pour quantifier la gravité des perturbations est le point d'intermodulation (IP). On peut distinguer les points d'intermodulation d'ordre 2 (IP2) et 3 (IP3). Comme représenté sur la figure 4, ils définissent des points hypothétiques pour les niveaux de puissance des signaux d'entrée (iip2, iip3) et de sortie (oip2, oip3). En ces points, la puissance de la composante parasite correspondante atteindra le même niveau que la composante élémentaire. Plat Bien que le point d'intermodulation soit un concept purement mathématique, il s'agit d'une mesure importante de la tolérance des systèmes RF aux non - linéarités.

Noise examinons maintenant une autre caractéristique importante inhérente au bruit de chaque système RF. Le bruit fait référence aux fluctuations du signal électrique et contient de nombreux aspects différents. Le bruit peut être divisé en de nombreux types et formes en fonction de son spectre, de la manière dont il affecte le signal et du mécanisme par lequel il est généré. Cependant, malgré l'existence de nombreuses sources de bruit différentes, nous n'avons pas besoin de plonger dans leurs propriétés physiques pour décrire leur impact final sur les performances du système. Nous pouvons nous baser sur un modèle simplifié de bruit du système utilisant un seul générateur de bruit théorique et décrit par un indicateur significatif (nf) du coefficient de bruit. Il permet de quantifier la réduction du rapport signal sur bruit (SNR) induite par le système, le rapport signal sur bruit étant défini comme le rapport logarithmique du rapport signal sur bruit de sortie sur le rapport signal sur bruit d'entrée. Le coefficient de bruit exprimé en échelle linéaire est appelé coefficient de bruit. C'est la caractéristique principale d'un système RF qui permet de contrôler ses performances globales.

Pour un dispositif passif linéaire simple, le coefficient de bruit est égal aux pertes d'insertion définies par | s21 |. Dans un système radiofréquence plus complexe composé de plusieurs composants actifs et passifs, le bruit est décrit par des facteurs de bruit fi et des gains de puissance gi respectifs. Selon la formule de Friis (en supposant une adaptation d'impédance de chaque étage), l'effet du bruit est l'effet sur le signal. Décroissant progressivement dans la chaîne:

On peut conclure que les deux premiers étages de la chaîne de signaux radiofréquences sont la source principale du coefficient de bruit global du système. C'est pourquoi les composants ayant le coefficient de bruit le plus faible, tels que les amplificateurs à faible bruit, sont placés à l'extrémité avant de la chaîne de signaux récepteurs.

Si nous considérons maintenant un dispositif ou un système spécialisé qui génère un signal, lorsqu'il s'agit de ses propriétés de performance sonore, il s'agit généralement des propriétés du signal qui sont influencées par la source de bruit. Ces propriétés sont la gigue de phase et le bruit de phase pour représenter la stabilité du signal dans le domaine temporel (gigue) et fréquentiel (bruit de phase). Le choix spécifique dépend généralement de l'application. Par example, dans les applications de communication RF, le bruit de phase est souvent utilisé, alors que dans les systèmes numériques, la gigue est souvent utilisée. La gigue de phase fait référence à de minuscules fluctuations de la phase d'un signal, tandis que le bruit de phase est sa représentation spectrale. Elle est définie comme la puissance du bruit dans une bande passante de 1 Hz à différents décalages fréquentiels par rapport à la fréquence porteuse. Les gens pensent que la puissance est équilibrée dans cette bande passante (En résumé) nous pouvons utiliser diverses caractéristiques et indicateurs de performance pour caractériser la chaîne de signaux RF. Ils concernent différents aspects du système et leur importance et leur pertinence peuvent varier d'une application à l'autre. Bien que nous ne puissions pas expliquer tous ces facteurs de manière adéquate dans un seul article, si les ingénieurs RF peuvent comprendre en profondeur les caractéristiques de base discutées dans cet article, ils peuvent facilement se traduire par des applications ciblées telles que les radars, les communications, les mesures ou d'autres systèmes RF. Exigences clés et spécifications techniques. ADI s'appuie sur le vaste portefeuille de solutions RF, micro - ondes et ondes millimétriques de l'industrie, ainsi que sur une expertise approfondie en conception de systèmes pour répondre à un large éventail d'exigences d'applications RF exigeantes. Des antennes aux bits, ces solutions Adi discrètes et entièrement intégrées permettent d'ouvrir l'ensemble du spectre, du DC au - delà de 100 GHz, et offrent des performances exceptionnelles, prenant en charge une grande variété de conceptions RF et micro - ondes pour les communications, les instruments de test et de mesure, l'industrie, l'aérospatiale, la défense et d'autres applications.