Notizia

Aug 18, 2023

RF demistificata

Anton Patyuchenko, Field Applications Engineer Answer: This article presents a

Anton Patyuchenko, Ingegnere delle applicazioni sul campo

Risposta: Questo articolo presenta una breve discussione per ingegneri non RF sulla terminologia associata a una delle proprietà chiave inerenti ai progetti RF: le riflessioni delle onde. La differenza fondamentale tra i circuiti ordinari che operano a basse frequenze e i circuiti progettati per le frequenze RF è la loro dimensione elettrica. I progetti RF possono avere dimensioni di molte lunghezze d'onda, portando alla variazione di tensioni e correnti in ampiezza e fase rispetto alle dimensioni fisiche dei loro elementi. Ciò conferisce ai circuiti RF una serie di proprietà fondamentali1 che sono alla base dei principi fondamentali utilizzati per la loro progettazione e analisi.Concetti di base e terminologia

Considera una linea di trasmissione, ad esempio un cavo coassiale o una microstriscia, terminata con un carico arbitrario e definisci le quantità d'onda a e b come mostrato nella Figura 1.

Queste quantità d'onda sono ampiezze complesse delle onde di tensione incidenti e riflesse da questo carico. Possiamo ora utilizzare queste quantità per definire il coefficiente di riflessione della tensione, Γ, che descrive il rapporto tra l'ampiezza complessa dell'onda riflessa e quella dell'onda incidente:

Il coefficiente di riflessione può essere espresso anche utilizzando l'impedenza caratteristica della linea di trasmissione Z0 e l'impedenza complessa di ingresso del carico ZL come:

L'ingegneria RF si basa tipicamente su Z0 = 50 Ω, che è un compromesso tra attenuazione del segnale e capacità di gestione della potenza che può essere ottenuto con linee di trasmissione coassiali. Tuttavia, in alcune applicazioni, ad esempio nei sistemi di radiodiffusione in cui i segnali RF devono essere trasmessi su distanze maggiori, Z0 = 75 Ω è una scelta più comune consentendo perdite di cavo inferiori.

Indipendentemente da quale sia il valore dell'impedenza caratteristica, se l'impedenza di carico è la stessa (ZL = Z0), si dice che questo carico è adattato alla linea di trasmissione. Va notato che questa condizione è valida solo quando la sorgente del segnale è abbinata alla linea di trasmissione, come mostrato nella Figura 1, che assumiamo in questo articolo. In questo caso non avremo onde riflesse (Γ = 0) e il carico riceverà la massima potenza dalla sorgente del segnale, mentre nel caso di riflessione totale (|Γ| = 1), nessuna potenza viene fornita al caricare affatto.

Se il carico non è abbinato (ZL ≠ Z0), non riceverà tutta la potenza incidente. La corrispondente "perdita" di potenza è nota come perdita di ritorno (RL), che può essere correlata all'entità del coefficiente di riflessione utilizzando la seguente equazione:

La perdita di ritorno descrive il rapporto tra la potenza incidente sul carico e la potenza riflessa da esso. La perdita di ritorno è sempre una quantità non negativa che indica quanto bene il carico è adattato all'impedenza della rete "vista" sul carico verso la sorgente.

Se il carico non è corrispondente, la presenza dell'onda riflessa porta a onde stazionarie, risultando in un'entità della tensione non costante che cambia con la posizione lungo la linea. La misura utilizzata per quantificare questo disadattamento di impedenza della linea è chiamata rapporto di onde stazionarie (SWR) e definita come:

Poiché l'SWR viene spesso interpretato in termini di tensioni massime e minime, questa quantità è anche nota come rapporto d'onda stazionaria di tensione (VSWR). SWR è un numero reale che può assumere valori nell'intervallo da 1 a infinito, dove SWR = 1 implica un carico adattato.

Conclusione

I circuiti RF hanno una serie di proprietà fondamentali che li distinguono dai circuiti ordinari. La progettazione e l'analisi dei circuiti a microonde richiedono l'uso di concetti estesi per risolvere problemi di interesse pratico. Questo articolo ha introdotto e discusso alcuni dei concetti chiave e della terminologia relativa a una delle principali proprietà dei sistemi RF: le riflessioni delle onde.

Analog Devices offre il portafoglio più ampio di circuiti integrati RF del settore, abbinato a una profonda esperienza nella progettazione di sistemi per soddisfare i requisiti più esigenti in un'ampia varietà di applicazioni RF. Inoltre, ADI offre l'intero ecosistema inclusi strumenti di progettazione, modelli di simulazione, progetti di riferimento, piattaforme di prototipazione rapida e un forum di discussione per supportare gli ingegneri RF e facilitare il processo di sviluppo delle loro applicazioni target.