Nachricht

Aug 18, 2023

RF entmystifiziert

Anton Patyuchenko, Field Applications Engineer Antwort: Dieser Artikel stellt a vor

Anton Patyuchenko, Field Applications Engineer

Antwort: Dieser Artikel enthält eine kurze Diskussion für Nicht-HF-Ingenieure über die Terminologie, die mit einer der Schlüsseleigenschaften von HF-Designs verbunden ist: Wellenreflexionen. Der Hauptunterschied zwischen gewöhnlichen Schaltkreisen, die bei niedrigen Frequenzen arbeiten, und Schaltkreisen, die für HF-Frequenzen ausgelegt sind, ist ihre elektrische Größe. HF-Designs können viele Wellenlängen haben, was zu Schwankungen von Spannungen und Strömen in Größe und Phase über die physikalischen Abmessungen ihrer Elemente führt. Dies verleiht HF-Schaltungen eine Reihe grundlegender Eigenschaften1, die den Kernprinzipien zugrunde liegen, die für ihren Entwurf und ihre Analyse verwendet werden.Grundlegende Konzepte und Terminologie

Betrachten Sie eine Übertragungsleitung – zum Beispiel ein Koaxialkabel oder einen Mikrostreifenleiter –, die in einer beliebigen Last endet, und definieren Sie die Wellengrößen a und b, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Bei diesen Wellengrößen handelt es sich um komplexe Amplituden der Spannungswellen, die auf diese Last einfallen und von dieser reflektiert werden. Mit diesen Größen können wir nun den Spannungsreflexionskoeffizienten Γ definieren, der das Verhältnis der komplexen Amplitude der reflektierten Welle zur einfallenden Welle beschreibt:

Der Reflexionskoeffizient kann auch mithilfe der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung Z0 und der komplexen Eingangsimpedanz der Last ZL ausgedrückt werden als:

In der HF-Technik wird üblicherweise Z0 = 50 Ω verwendet, was einen Kompromiss zwischen Signaldämpfung und Belastbarkeit darstellt, der mit koaxialen Übertragungsleitungen erreicht werden kann. In einigen Anwendungen – beispielsweise in Rundfunksystemen, in denen HF-Signale über größere Entfernungen übertragen werden müssen – ist Z0 = 75 Ω jedoch eine häufigere Wahl und ermöglicht geringere Kabelverluste.

Unabhängig vom Wert der charakteristischen Impedanz gilt diese Last bei gleicher Lastimpedanz (ZL = Z0) als an die Übertragungsleitung angepasst. Es ist zu beachten, dass diese Bedingung nur dann gültig ist, wenn die Signalquelle an die Übertragungsleitung angepasst ist, wie in Abbildung 1 dargestellt, wovon wir in diesem Artikel ausgehen. In diesem Fall gibt es keine reflektierten Wellen (Γ = 0) und die Last erhält die maximale Leistung von der Signalquelle, während im Fall der Totalreflexion (|Γ| = 1) keine Leistung an die Last abgegeben wird überhaupt laden.

Wenn die Last nicht übereinstimmt (ZL ≠ Z0), erhält sie nicht die gesamte einfallende Leistung. Der entsprechende „Leistungsverlust“ wird als Rückflussdämpfung (RL) bezeichnet und kann mithilfe der folgenden Gleichung mit der Größe des Reflexionskoeffizienten in Beziehung gesetzt werden:

Die Rückflussdämpfung beschreibt das Verhältnis der auf die Last einfallenden Leistung zur von ihr zurückreflektierten Leistung. Die Rückflussdämpfung ist immer eine nicht negative Größe, die angibt, wie gut die Last an die Impedanz des Netzwerks angepasst ist, die an der Last in Richtung der Quelle „gesehen“ wird.

Wenn die Last nicht übereinstimmt, führt das Vorhandensein der reflektierten Welle zu stehenden Wellen, was zu einer nicht konstanten Spannungsgröße führt, die sich mit der Position entlang der Leitung ändert. Das zur Quantifizierung dieser Impedanzfehlanpassung der Leitung verwendete Maß wird als Stehwellenverhältnis (SWR) bezeichnet und ist definiert als:

Da das SWR häufig als maximale und minimale Spannung interpretiert wird, wird diese Größe auch als Spannungs-Stehwellenverhältnis (VSWR) bezeichnet. SWR ist eine reelle Zahl, die Werte im Bereich von 1 bis unendlich annehmen kann, wobei SWR = 1 eine angepasste Last impliziert.

Abschluss

HF-Schaltkreise verfügen über eine Reihe grundlegender Eigenschaften, die sie von gewöhnlichen Schaltkreisen unterscheiden. Der Entwurf und die Analyse von Mikrowellenschaltungen erfordern die Verwendung erweiterter Konzepte, um die Probleme von praktischem Interesse zu lösen. In diesem Artikel wurden einige der Schlüsselkonzepte und Terminologien im Zusammenhang mit einer der Haupteigenschaften von HF-Systemen vorgestellt und diskutiert: Wellenreflexionen.

Analog Devices bietet das umfassendste Portfolio an integrierten HF-Schaltkreisen in der Branche, gepaart mit umfassender Systemdesign-Expertise, um den anspruchsvollsten Anforderungen in einer Vielzahl von HF-Anwendungen gerecht zu werden. Darüber hinaus bietet ADI das gesamte Ökosystem, einschließlich Designtools, Simulationsmodelle, Referenzdesigns, Rapid-Prototyping-Plattformen und ein Diskussionsforum, um HF-Ingenieure zu unterstützen und den Entwicklungsprozess ihrer Zielanwendungen zu vereinfachen.

Verweise 1 MS Gupta. „Was ist RF?“ IEEE Microwave Magazine, Bd. 2, Nr. 4, Dezember 2001. Hiebel, Michael. Grundlagen der Vektornetzwerkanalyse. Rohde & Schwarz, 2007. Pozar, David M. Microwave Engineering, 4. Auflage. Wiley, 2011.

Über den Autor: Anton Patyuchenko erhielt 2007 seinen Master of Science in Mikrowellentechnik von der Technischen Universität München. Nach seinem Abschluss arbeitete Anton als Wissenschaftler am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Er kam 2015 als Außendiensttechniker zu Analog Devices und bietet derzeit Feldanwendungsunterstützung für strategische und wichtige Kunden von © Analog Devices an, die auf HF-Anwendungen spezialisiert sind. Er kann unter [email protected] erreicht werden.