Согласование антенны с кабелем 50 ом. Согласование антенны с кабелем 50 Ом: все что нужно знать

Как правильно согласовать антенну с 50-омным кабелем. Какие проблемы могут возникнуть при рассогласовании импедансов. Какие методы согласования существуют для антенн и кабелей с разным волновым сопротивлением. Почему важно обеспечить согласование импедансов в антенно-фидерном тракте.

Почему важно согласование антенны с кабелем

Согласование импедансов антенны и фидерной линии является одним из ключевых моментов при построении антенно-фидерных устройств. Рассогласование приводит к следующим негативным последствиям:

• Потеря мощности сигнала из-за отражений на стыке антенны и кабеля
• Искажение диаграммы направленности антенны
• Повышение уровня помех и наводок
• Риск повреждения передатчика из-за отраженной мощности

Поэтому согласование импедансов является обязательным условием для эффективной работы антенно-фидерного тракта. Рассмотрим основные способы согласования 50-омного кабеля с антеннами, имеющими другой входной импеданс.

Основные методы согласования антенны и кабеля

Существует несколько основных способов согласовать антенну с кабелем, имеющим другое волновое сопротивление:

1. Использование согласующих трансформаторов
2. Применение четвертьволновых отрезков кабеля
3. Согласование с помощью LC-цепей
4. Использование балунов и симметрирующих устройств
5. Подбор точки питания антенны

Выбор конкретного метода зависит от типа антенны, диапазона частот, мощности передатчика и других факторов. Рассмотрим некоторые способы подробнее.

Согласование с помощью четвертьволнового трансформатора

Одним из самых простых и эффективных методов согласования является использование четвертьволнового отрезка кабеля в качестве трансформатора импеданса. Волновое сопротивление такого трансформатора должно быть равно:

Z = sqrt(Z1 * Z2)

где Z1 — импеданс антенны, Z2 — импеданс кабеля.

Например, для согласования 75-омного кабеля с 50-омной антенной нужно использовать отрезок кабеля длиной λ/4 с волновым сопротивлением:

Z = sqrt(75 * 50) = 61 Ом

Длина отрезка рассчитывается по формуле:

L = 0.25 * λ * k

где λ — длина волны, k — коэффициент укорочения в кабеле (обычно 0.66-0.8).

Согласование с помощью LC-цепей

Для широкополосного согласования часто применяются LC-цепи, состоящие из конденсаторов и катушек индуктивности. Наиболее распространены Г-образные, П-образные и T-образные цепи.

Параметры элементов рассчитываются исходя из требуемого коэффициента трансформации и рабочей частоты. Например, для Г-образной цепи:

• L = (Z2 — Z1) / (2πf)
• C = 1 / (2πfZ1)

где Z1, Z2 — согласуемые импедансы, f — рабочая частота.

LC-цепи позволяют обеспечить хорошее согласование в полосе до 20-30% от центральной частоты.

Использование балунов для согласования

Балуны (от англ. balanced-unbalanced) применяются для согласования симметричных антенн с несимметричными кабелями. Они выполняют функцию симметрирования и трансформации импеданса.

Наиболее распространены следующие типы балунов:

• Токовые балуны на ферритовых кольцах
• Коаксиальные балуны из отрезков кабеля
• Полосковые балуны на печатных платах

Коэффициент трансформации балуна выбирается в зависимости от импедансов антенны и кабеля. Например, для диполя с входным сопротивлением 75 Ом и 50-омного кабеля используется балун 1.5:1.

Подбор точки питания антенны

Входное сопротивление многих типов антенн зависит от точки подключения питания. Изменяя место подключения фидера, можно добиться оптимального согласования без дополнительных цепей.

Например, для петлевого вибратора сопротивление в центре составляет около 100 Ом, а на расстоянии 1/5 длины от края — около 50 Ом. Поэтому подключение 50-омного кабеля в этой точке обеспечивает хорошее согласование.

Для более точной настройки часто используют подвижные зажимы, позволяющие менять точку питания.

Измерение качества согласования

Основным параметром, характеризующим качество согласования, является коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН). Он показывает отношение напряжений в пучностях и узлах стоячей волны, возникающей из-за отражений.

КСВН может быть рассчитан по формуле:

КСВН = (1 + |Г|) / (1 — |Г|)

где Г — коэффициент отражения.

Для измерения КСВН используются специальные приборы — измерители КСВН и панорамные измерители. Хорошим считается значение КСВН не более 1.5, что соответствует отражению не более 4% мощности.

Заключение

Правильное согласование антенны и фидерной линии является важнейшим условием эффективной работы радиосистемы. Существует множество методов согласования, позволяющих решить эту задачу для антенн различных типов. При выборе способа согласования следует учитывать тип антенны, диапазон частот, мощность передатчика и требуемую полосу пропускания.

Согласование 75-омного кабеля с 50 ом-й техникой — Антенны — СХЕМЫ — Статьи

Новости СМИ2 Трансиверы и антенны в Си-Би технике рассчитаны на применение 50-омного коаксиального кабеля. Однако 75-омный кабель получил значительно большее распространение, так как применяется в телевизионной технике. Кроме того, 50-омный кабель обычно значительно дороже сравнимого с ним по затуханию 75-омного. Непосредственное подключение 75-омного кабеля к 50-омной аппаратуре приведет к повышению КСВ до 1,5. Такое повышение КСВ с точки зрения энергетических потерь не очень существенно, так как приводит к потере только 4% мощности передаваемого сигнала. Такое небольшое изменение мощности даже не каждым прибором можно зафиксировать, а на слух оно тем более незаметно. Соединение трансивера с 50-омным выходом и 50-омной антенны с использованием 75-омного кабеля приведет к потере мощности в двух 50/75-омных переходах. При этом общие потери составят 1-0,96*0,96 = 0,078 (7,8%). Такими потерями также можно пренебречь. Попутно можно отметить, что использовать 50-омный кабель для подключения телевизионных антенн не стоит, так как это приводит к получению многоконтурного изображения. В этом случае контрастность повтора, составляющая несколько процентов от контрастности основного изображения, вполне заметна на экране. Вместе с тем отличие КСВ от 1 приводит к изменению режима выходного каскада передатчика, а КСВ более 3 может привести к выходу его из строя. Кроме того, при КСВ, отличном от 1, сам кабель начинает работать, как паразитная антенна. Это приводит к искажению диаграммы направленности, «собиранию» дополнительных радиопомех от электроприборов, расположенных вблизи кабеля, и усилению мешающего воздействия на радиоприемники, телевизоры и другую электронную технику. Поэтому целесообразно всегда стремиться к возможно более точному согласованию передатчика и антенно-фидерной системы. Существует несколько сравнительно простых способов, позволяющих обеспечить согласование 75-омного кабеля с 50-омной Си-Би техникой. Наиболее просто использовать четвертьволновый коаксиальный трансформатор сопротивлений. В качестве такого трансформатора следует использовать отрезок 60-омного коаксиального кабеля длиной 182 см, который включается между выходом трансивера и 75-омным кабелем (рис.1). 60-омный кабель встречается нечасто, поэтому можно использовать комбинацию двух четвертьволновых трансформаторов, составленных из параллельно включенных отрезков 50- и 75-омных кабелей (рис.2). Трансформатор, составленный из двух параллельных отрезков 75-омного кабеля, имеет волновое сопротивление 37,5 Ом и преобразует сопротивление 750м в 18,750м. Трансформатор, составленный из параллельных отрезков 75 и 50-омного кабеля, имеет волновое сопротивление 30 Ом и преобразует сопротивление 18,75 Ом в 48 Ом. Использование четвертьволновых трансформаторов обеспечивает согласование в полосе частот, составляющей 10% от средней частоты. Поэтому при использовании кабелей с известным коэффициентом укорочения (а для кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией он составляет 0,66) никакой настройки не требуется. При наличии измерителя КСВ можно использовать согласующий П-контур, схема которого приведена на рис.3. Катушка индуктивности намотана медным изолированным проводом диаметром около 1 мм на оправке диаметром 10 мм и содержит 7 витков. Конденсаторы могут быть составлены из нескольких включенных параллельно. При мощности передатчика до 10 Вт можно использовать любые керамические конденсаторы. П-контур монтируется в небольшой коробочке, спаянной из фольгированного стеклотекстолита. Монтаж осуществляется непосредственно на выводах соединителей. Настройка осуществляется путем сжатия и растяжения витков катушки L1 до получения минимального КСВ. Дополнительным преимуществом использования П-контура является значительное подавление внеполосных гармонических излучений передатчика, которые могут вызывать помехи телевидению и радиовещанию. Можно также воспользоваться свойством фидерной линии длиной, равной целому числу полуволн. Линия такой длины имеет входное сопротивление равное сопротивлению, подключенному к другому концу линии. Если к 75-омному кабелю такой длины подключена 50-омная антенна, то Си-Би трансивер будет работать на согласованную 50-омную нагрузку. Для обеспечения работы фидерной линии в режиме полуволнового повторителя необходимо учитывать коэффициент укорочения длины волны в коаксиальном кабеле. Для кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией он составляет величину 0,65…0,66. Длина волны в кабеле может быть рассчитана по формуле: L = K*300/f, где: L — длина волны, м; f — частота, МГц; К — коэффициент укорочения. Необходимо отметить, что с увеличением количества полуволн, укладывающихся в длине кабеля, уменьшается полоса частот, в которой такой кабель работает в режиме полуволнового повторителя сопротивлений. Тем не менее, при длине кабеля до 40…50 метров, этот способ согласования можно использовать в Си-Би диапазоне. В таблицe 1 приведены длины кабелей, которые работают как полуволновые повторители. Расчет произведен для трех частот, соответствующих середине сетки «С», середине сетки «D» и началу сетки «D». Первый столбец соответствует работе только в сетке «С», второй в сетке «D», а третий при работе в обеих сетках. Таблица 1. Количество полуволн Длина коаксиального кабеля (м) Сетка «С» Сетка «D» Сетка «C+D» fcp = 27,205 МГц fcp = 27,655 МГц Тср = 27,415МГц 1 3,639 3,580 3,611 2 7,278 7,160 7,222 3 10,917 10,739 10,833 4 14,556 14,319 14,444 5 18,195 17.899 18,055 6 21.834 21,479 21,665 7 25,473 25,059 25,277 8 29,112 28,639 28,888 9 32,751 32,218 32,499 10 36,390 35,798 36,110 11 40,029 39,378 39,721 12 43,668 42,958 43,332 13 47,307 46,538 46,943 14 50,946 50,118 50,554 15 54,585 53,697 54,165 Необходимо учесть, что расчет длин полуволновых повторителей произведен с учетом стандартного коэффициента укорочения (0,66). На практике он может несколько отличаться от указанного, поэтому при наличии измерительных приборов необходимую длину кабеля можно подобрать экспериментально. Для этого берется кабель длиной несколько больше расчетной. К концу кабеля подключается нагрузка 50 Ом. Для уменьшения индуктивности и получения требуемой мощности рассеивания нагрузка составляется из нескольких резисторов МЛТ-2. Можно, например, включить параллельно 3 резистора по 150 Ом. Второй конец кабеля через измеритель КСВ подключается к трансиверу и производится измерение КСВ в начале, середине и конце сетки. Минимальное значение КСВ (около 1,0) должно наблюдаться на частоте ниже расчетной. Постепенно укорачивая кабель, добиваются минимального значения КСВ на требуемой частоте. Похожие материалы: Источник:

согласование импеданса в радиочастотном проектировании

Добавлено 4 июня 2018 в 21:40

Согласование импеданса является фундаментальным аспектом радиочастотного проектирования и тестирования; отражения сигнала, вызванные рассогласованием импедансов, может привести к серьезным проблемам.

Согласование кажется довольно тривиальной задачей, когда вы имеете дело с теоретической схемой, состоящей из идеальных источника, линии передачи и нагрузки.

Радиочастотная схема из источника, линии передачи и нагрузки

Предположим, что импеданс нагрузки постоянный. Всё, что нам нужно сделать, это добавить импеданс источника (Z_и), равный Z_н, а затем спроектировать линию передачи так, чтобы ее характеристическое сопротивление (Z₀) было также равно Z_н.

Но давайте рассмотрим на минуту сложность реализации этой схемы в сложной радиочастотной цепи, состоящей из множества пассивных компонентов и интегральных микросхем. Процесс радиочастотного проектирования был бы очень громоздким, если бы инженеры должны были модифицировать каждый компонент и определять размеры каждой микрополосковой линии в соответствии с одним импедансом, выбранным в качестве опорного значения для всех остальных.

Кроме того, предполагается, что проект уже достиг стадии печатной платы. Что делать, если мы хотим протестировать и оценить систему с использованием дискретных модулей с готовыми кабелями и промежуточными соединениями? В этих условиях компенсация несогласования импедансов еще более непрактична.

Решение просто: выберите стандартизированный импеданс, который можно использовать во множестве радиочастотных систем, и убедитесь, что компоненты и кабели спроектированы под него. Этот импеданс уже был выбран; единица измерения – омы, а значение равно 50.

Пятьдесят Ом

Первое, что нужно понять, – это то, что в импедансе 50 Ом нет ничего особенного. Это не фундаментальная константа вселенной, хотя у вас может сложиться впечатление, что это так, если вы проводите достаточно много времени среди радиоинженеров. Это даже не фундаментальная константа электротехники – помните, например, что простое изменение физических размеров коаксиального кабеля приведет к изменению его характеристического сопротивления.

Тем не менее, импеданс 50 Ом очень важен, поскольку это импеданс большинства радиочастотных систем вокруг. Трудно точно определить, почему 50 Ом стали стандартным высокочастотным сопротивлением, но разумно предположить, что 50 Ом оказались хорошим компромиссом в контексте ранних коаксиальных кабелей.

Важным вопросом, конечно же, является не происхождение конкретного значения, а преимущества наличия стандартизованного импеданса. Выполнить хорошо согласованный проект значительно проще, поскольку производители микросхем, фиксированных аттенюаторов, антенн и т.д. могут создавать свои компоненты с учетом этого импеданса. Кроме того, компоновка печатной платы становится более простой, потому что у множества инженеров одна и та же цель, а именно, разработка микрополосковых линий, имеющих характеристический импеданс 50 Ом.

Согласно данному примечанию к применению от Analog Devices, вы можете создать несимметричную микрополосковую линию 50 Ом следующим образом: толщина меди – 1 унция (35 мкм), ширина дорожки – 20 мил (508 мкм), расстояние между дорожкой и слоем земли – 10 мил (254 мкм) (при условии, что диэлектрик – FR-4)

Прежде чем двигаться дальше, давайте поясним, что не каждая высокочастотная система или компонент рассчитана на 50 Ом. Могут быть выбраны другие значения, и на самом деле импеданс 75 Ом по-прежнему распространен. Характеристическое сопротивление коаксиального кабеля пропорционально натуральному логарифму отношения внешнего диаметра (D2) к внутреннему диаметру (D1).

Поперечное сечение коаксиального кабеля

Это означает, что большее расстояние между внутренним и внешним проводниками соответствует более высокому импедансу. Большее разделение между двумя проводниками также приводит к снижению емкости. Таким образом, коаксиальный кабель на 75 Ом имеет более низкую емкость, чем коаксиальный кабель 50 Ом, и это делает кабель 75 Ом более подходящим для высокочастотных цифровых сигналов, которые требуют низкой емкости, чтобы избежать чрезмерного затухания высокочастотных составляющих, связанных с быстрыми переходами между логическим нулем и логической единицей.

Коэффициент отражения

Учитывая, насколько важно согласование импеданса в радиочастотном проектировании, мы не должны удивляться, обнаружив, что существует определенный параметр, используемый для выражения качества этого согласования. Он называется коэффициентом отражения и обозначается буквой Γ (греческая заглавная буква гамма). Это отношение комплексной амплитуды отраженной волны к комплексной амплитуде падающей волны. Однако связь между падающей и отраженной волнами определяется импедансами источника (Z_и) и нагрузки (Z_н), и, таким образом, можно определить коэффициент отражения, используя эти импедансы:

\[\Gamma = {Z_н — Z_и \over Z_н + Z_и}\]

Если «источником» является линия передачи, мы можем заменить Z_и на Z₀.

\[\Gamma = {Z_н — Z_0 \over Z_н + Z_0}\]

В типовой системе величина коэффициента отражения равна числу от нуля до единицы. Давайте рассмотрим три математически простых ситуации, которые помогут нам понять, как коэффициент отражения соответствует фактическому поведению схемы:

• Если согласование идеально (Z_н = Z₀), числитель равен нулю, и, следовательно, коэффициент отражения равен нулю. Это имеет смысл, потому что при идеальном согласовании отражений нет.
• Если импеданс нагрузки бесконечен (т.е. разомкнутая цепь), коэффициент отражения становится равной бесконечности, деленной на бесконечность, что равно единице. Коэффициент отражения, равный единице, соответствует полному отражению, т.е. вся энергия волны будет отражена. Это имеет смысл, потому что линия передачи, подключенная к разомкнутой цепи, соответствует полной неоднородности (смотрите предыдущую статью) – нагрузка не может поглощать какую-либо энергию, поэтому она должна быть отражена.
• Если импеданс нагрузки равен нулю (т.е. короткое замыкание), величина коэффициента отражения становится равной Z₀, деленному на Z₀. Таким образом, мы снова имеем |Γ| = 1, что имеет смысл, так как короткое замыкание также соответствует полной неоднородности, которая не может поглощать энергию падающей волны.

КСВН

Другой параметр, используемый для описания согласования импеданса, – это коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН или просто КСВ, или VSWR). Он определяется по следующей формуле:

\[КСВН = { 1 + |\Gamma| \over 1 — |\Gamma|}\]

КСВН подходит к согласованию импеданса с точки зрения возникающей стоящей волны. Он выражает отношение наибольшей амплитуды стоячей волны к наименьшей амплитуде стоячей волны. Следующая диаграмма показывает амплитудные характеристики стоячей волны для трех разных коэффициентов отражения.

Большее рассогласование импеданса приводит к большей разнице между местами наибольшей и наименьшей амплитуды вдоль стоячей волны

КСВН иногда выражается как отношение. Идеальное согласование соответствует 1:1, что означает, что пиковая амплитуда сигнала всегда одинакова (т.е. стоячей волны нет). Отношение 2:1 указывает на то, что отражения привели к возникновению стоячей волны с максимальной амплитудой, вдвое превышающей ее минимальную амплитуду.

Резюме

• Использование стандартизированного импеданса делает радиочастотное проектирование гораздо более практичным и эффективным.
• Большинство радиочастотных систем построено вокруг импеданса 50 Ом. Некоторые системы использую 75 Ом, это значение больше подходит для высокоскоростных цифровых сигналов.
• Качество согласования импеданса может быть выражено математически с помощью коэффициента отражения (Γ). Идеальное согласование соответствует Γ = 0, а полная неоднородность (при которой вся энергия отражается) соответствует Γ = 1.
• Другим способом количественного определения согласования импеданса является коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН).

Оригинал статьи:

• The 50 Ω Question: Impedance Matching in RF Design

Теги

50 Ом75 ОмVSWR / КСВН / КСВ (коэффициент стоячей волны по напряжению)Входной импедансВыходной импедансИмпедансКоаксиальный кабельКоэффициент отраженияМикрополосковая линияСогласование импедансаСтоячая волна

Назад

Оглавление

Таинственный импеданс 50 Ом: откуда он взялся и почему мы его используем | Блог

Главная Дизайн печатной платы Таинственный импеданс 50 Ом: откуда он взялся и почему мы его используем

Захария Петерсон

| Создано: 4 марта 2021 г. &nbsp|&nbsp Обновлено: 12 апреля 2021 г.

Содержание

• История коаксиальных кабелей и сопротивление 50 Ом
• Компромисс или диэлектрик?
• Как насчет импеданса 75 Ом?
• Преобразование эталонных импедансов

Когда мы говорим о S-параметрах, согласовании импедансов, линиях передачи и других фундаментальных понятиях проектирования ВЧ/высокоскоростных печатных плат, снова и снова возникает понятие импеданса 50 Ом. Ознакомьтесь со стандартами сигнализации, техническими описаниями компонентов, указаниями по применению и рекомендациями по проектированию в Интернете; это одно значение импеданса, которое появляется неоднократно. Так откуда взялся стандарт импеданса 50 Ом и почему он важен? Взятый отдельно, выбор импеданса 50 Ом кажется совершенно произвольным: почему бы не 10 Ом или 100 Ом?

Ответ в основном зависит от того, кого вы спросите. Сообщество радиочастот, и особенно проектировщики кабелей, имеют лучший ответ, и их анализ коаксиальных кабелей подтверждает их объяснение. Я никогда не видел, чтобы это обсуждалось с точки зрения того, что происходит на печатной плате, за исключением одного экспертного справочника, но ответ для печатных плат связан с внутренней структурой и электрическими характеристиками обычных логических схем. Если вы готовы к уроку истории о значении импеданса 50 Ом, продолжайте читать. Мы даже рассмотрим стандарт 75 Ом, чтобы узнать, что мы можем узнать о передаче сигнала и мощности по радиочастотным межсоединениям.

История импеданса 50 Ом восходит к концу 1920-х – началу 1930-х годов, когда телекоммуникационная отрасль находилась в зачаточном состоянии. Инженеры разрабатывали коаксиальные кабели с воздушным наполнением для радиопередатчиков, рассчитанные на выходную мощность в кВт. Эти кабели также будут охватывать большие расстояния, достигающие сотен миль. Это означает, что кабели должны быть рассчитаны на максимальную передачу мощности, максимальное напряжение и минимальное затухание. Какой импеданс следует использовать для достижения всех трех целей?

Как оказалось, невозможно сбалансировать все три цели, как и во многих других дизайнерских задачах.

• Минимальные потери: Зависит от потерь во внутреннем диэлектрике коаксиального кабеля. Для коаксиального кабеля с воздушным наполнением это происходит примерно при 77 Ом или примерно при 50 Ом для некоторых кабелей с диэлектрическим наполнением (подробнее об этом ниже).
• Максимальное напряжение: Это основано на электрическом поле между центральным проводником и боковыми стенками в заполненном воздухом коаксиальном кабеле. Электрическое поле в режиме ТЕ10 максимально, когда проводник сконструирован так, что его полное сопротивление составляет примерно 60 Ом.
• Самая высокая передача мощности: Коаксиальные кабели любого размера могут быть достаточно длинными, чтобы действовать как линии передачи и поддерживать распространение волн. Мощность, передаваемая по коаксиальному кабелю, ограничена полем пробоя и импедансом кабеля: V2/Z. Получается, что для коаксиального кабеля с воздушным наполнением, работающего ниже порога отсечки TE11, максимальное значение передачи мощности составляет около 30 Ом.

На приведенном ниже графике показано соотношение между потерями и мощностью. Файл ниже предоставлен Wikimedia, но вы можете найти аналогичные графики во многих других источниках. Вы также можете рассчитать потери, используя импеданс, шероховатость меди/скин-эффект и диэлектрическое поглощение, и создать аналогичный график специально для коаксиальных кабелей. Расчет мощности требует использования полного решения для основной моды распространения и характеристического импеданса.

[Источник]

Один момент, который следует понимать относительно приведенного выше графика, заключается в том, что диэлектрическая дисперсия обычно не учитывается и будет влиять на результаты на более высоких частотах. Дисперсия (как значение Dk, так и тангенс угла потерь) считается плоской при расчете этих кривых, что может не соответствовать действительности в вашем частотном диапазоне. Тем не менее, кривая дает нам хорошее представление о том, почему основное внимание уделяется импедансу 50 Ом.

Компромисс или диэлектрик?

Быстрый ответ на этот вопрос заключается в том, что 50 Ом — это наименее плохой компромисс между импедансом, соответствующим минимальным потерям, максимальной мощности и максимальному напряжению. Действительно, 50 Ом довольно близко к среднему значению между 77 и 30 Ом и близко к 60 Ом, поэтому кажется естественным предположить, что это является причиной стандарта импеданса 50 Ом. Однако можно заметить, что импеданс с минимальными потерями в коаксиальном кабеле с ПТФЭ составляет всего около 50 Ом, так что это кажется еще одним естественным объяснением!

Как насчет импеданса 75 Ом?

Как оказалось, значение напряжения имеет меньшее значение; либо вы беспокоитесь о переносе власти, минимизации потерь или попытке сбалансировать эти два аспекта. Недорогие коаксиальные кабели с воздушным наполнителем или диэлектрическим наполнителем с низким Dk могут достигать импеданса 77 Ом для длинных кабелей, но причина округления до 75 Ом вместо использования 77 Ом до сих пор для меня загадка. Можно было бы подумать, что 75 Ом — это хорошее округленное число, которое легко запомнить, в то время как во внешней статье о Microwaves 101 утверждается, что это был преднамеренный дизайн. В коаксиальных кабелях со стальным сердечником диаметр немного увеличен, чтобы обеспечить дополнительную гибкость, поэтому импеданс составит 75 Ом. Правда это или нет, я не могу подтвердить, но буду рад, если кто-нибудь напишет мне в LinkedIn и ответит!

При работе с высокоскоростными или высокочастотными каналами мы обычно используем измерения S-параметров в качестве важных показателей целостности сигнала. Они определяются с точки зрения некоторого эталонного импеданса, который обычно принимается за одно из приведенных выше значений (50 или 75 Ом), поскольку вы можете взаимодействовать с одной из этих сред в своей высокоскоростной/ВЧ-системе. Я предпочитаю думать об эталонном импедансе с точки зрения желаемого импеданса завершения; вы стремитесь к импедансу 75 или 50 Ом на каждом порту, и измерения S-параметров покажут вам, насколько вы отклонились от этой цели в своем проекте.

Если у вас есть измеренная матрица S-параметров для соединения на вашей печатной плате, вы можете преобразовать ее в новую матрицу S-параметров с помощью следующего преобразования:

Преобразование между матрицами S-параметров с двумя разными эталонными импедансами.

Это полезно для понимания того, как ваши S-параметры могут измениться при переключении эталонного носителя (например, между кабелем с импедансом 75 и 50 Ом). Используя термин «эталонная среда», мы проводим сравнение между нашим ИУ/межсоединением и идеализированным кабелем 50/75 Ом, портом 50/75 Ом или другим компонентом с входным сопротивлением 50/75 Ом.

Независимо от того, нужно ли вам проектировать с импедансом 50 Ом или другим значением, функции компоновки печатных плат в Altium Designer® включают в себя инструменты, необходимые для высокоскоростного проектирования и проектирования ВЧ. Вы можете получить доступ к интегрированному решателю 3D-поля от Simberian в Layer Stack Manager, чтобы реализовать управление импедансом в стеке вашей печатной платы.

Когда вы закончили проектирование и хотите поделиться своим проектом, платформа Altium 365™ упрощает сотрудничество с другими дизайнерами. Мы только коснулись того, что можно сделать с помощью Altium Designer в Altium 365. Вы можете посетить страницу продукта, чтобы получить более подробное описание функций, или посетить один из вебинаров по запросу.

Об авторе

Об авторе

Захария Петерсон имеет обширный технический опыт в научных кругах и промышленности. В настоящее время он предоставляет исследовательские, дизайнерские и маркетинговые услуги компаниям электронной промышленности. До работы в индустрии печатных плат он преподавал в Портлендском государственном университете и проводил исследования в области теории случайных лазеров, материалов и стабильности. Его опыт научных исследований охватывает темы лазеров на наночастицах, электронных и оптоэлектронных полупроводниковых устройств, датчиков окружающей среды и стохастики. Его работы были опубликованы в более чем дюжине рецензируемых журналов и материалов конференций, и он написал более 2000 технических статей по проектированию печатных плат для ряда компаний. Он является членом Общества фотоники IEEE, Общества упаковки электроники IEEE, Американского физического общества и Ассоциации инженеров по печатным схемам (PCEA). Ранее он был членом с правом голоса в Техническом консультативном комитете INCITS по квантовым вычислениям, работающем над техническими стандартами для квантовой электроники, а в настоящее время он работает в рабочей группе IEEE P3186, занимающейся интерфейсом порта, представляющим фотонные сигналы с использованием симуляторов цепей класса SPICE.

Другие материалы Zachariah Peterson

Связанные ресурсы

Риск против. Вознаграждение Во время недавней выставки IPC APEX было много дискуссий о SAP или полуаддитивных процессах производства печатных плат. Как и в случае с любой новой технологией в производстве печатных плат, были люди, которые были рады сразу же начать проектирование с гораздо меньшими размерами элементов и проработать неизбежные изменения в традиционном мыслительном процессе. Другие находятся в режиме «подождем и посмотрим», и, конечно, есть и несколько скептиков. Было несколько стендов Читать статью

Соответствие стандартам: IPC 6012, класс 3, переходные размеры и кольцевые кольца Взгляните на приведенное выше изображение разводки печатной платы, особенно на переходные отверстия и отверстия, просверленные через трафаретную печать. Совершенно ясно, что некоторые из этих переходов смещены от центра, а это означает, что удар сверла, который создал эти переходы, не был мертвой точкой принимающей земли. Это оставляет после себя кольцевое кольцо, что может считаться дефектом в некоторых классах продуктов IPC. В соответствии со стандартами IPC для жестких плит у нас есть несколько возможных Читать статью

Терминация Боба Смита: подходит ли она для Ethernet? Синфазные дроссели в цепях Ethernet используют согласование Боба Смита, но подходит ли он для подавления синфазных помех? Читать статью

Дифференциальные перекрестные помехи и расстояние между дифференциальными парами Дифференциальные перекрестные помехи вызывают проблемы в ваших сигналах? Вот как дифференциальные сигналы вызывают перекрестные помехи и как вы можете обеспечить целостность дифференциального сигнала. Читать статью

IPC-2221 Калькулятор тока трассировки и нагрева печатной платы Стандарт IPC-2221 содержит руководство по расчету предельного тока трассы для заданного предела повышения температуры. Читать статью

Лучшие лабораторные настольные блоки питания постоянного тока 2021 года Руководство по источникам питания для рабочих мест, соответствующие требования, технологические компромиссы и рекомендуемые бренды и модели. Читать статью

Создайте лучший CAD-компьютер 2020 года В поисках лучшего CAD-компьютера? В этом сообщении в блоге эксперт Марк Харрис делится своими лучшими выборами высокопроизводительных компьютеров САПР с оптимальным соотношением цены и качества. Читать статью

Идеальный стиль для вашей организации с помощью Altium 365: как упорядочить схемы У всех нас был момент, когда на нашем столе росли груды аннотированных схем, и мы начинали терять представление о том, что к чему. Какая это ревизия? Коллега проверял? Это новая микросхема или та, что сгорала каждое полнолуние? В этой статье я хочу показать вам, как упорядочить схемы и создать потрясающий персонализированный шаблон схемы для вашего бизнеса, готовый для Altium 365 и 21st Читать статью

Отслеживание активов LTE + GNSS, часть 2 Это вторая часть моего проекта LTE GNSS Asset Tracker. В первой части я определил нужные компоненты для проекта и зафиксировал схемы. В этой части мы собираемся закончить проект разводкой и разводкой печатной платы. В прошлой статье я заявил о своей цели сделать эту плату как можно меньше с намерением сделать плату высокой плотности, ожидая, что мне потребуется 6 слоев для разводки. Однако общий размер доски Читать статью

Разработка пользовательской печатной платы высокоскоростного фотозатвора Марк Харрис подробно описывает процесс изготовления нестандартной платы фотозатвора для настольной литьевой машины — загрузите файлы проекта и следуйте инструкциям! Читать статью

Вернуться домой

rf — Почему приемная антенна должна иметь импеданс, согласованный с 50 Ом, а не с более низким импедансом?

Однако что, если вы используете антенну только для приема?

Антенна (например, монополь) имеет сложную характеристику импеданса в зависимости от частоты: —

Изображение из моего ответа здесь.

Итак, если вы настроены на частоту, на которой антенна составляет ровно четверть длины волны (0,25 по оси X выше), ее сопротивление составляет примерно 37 Ом (резистивное) плюс примерно 21 Ом (индуктивное).

Это означает, что вы можете максимизировать передачу мощности приема с небольшой последовательной емкостью, чтобы компенсировать индуктивное реактивное сопротивление и «создать» источник приема, имеющий чистые 37 Ом. Подайте это на соответствующие 37 Ом, чтобы извлечь максимальную мощность приема.

Но на самом деле больше ничего сделать нельзя.

Четвертьволновый монополь преобразует импеданс свободного пространства (примерно 377 Ом) в 37 Ом при использовании на «правильной частоте». Используйте его не по центру, и реактивное сопротивление может стать положительным (индуктивным) или отрицательным (емкостным).

Следовательно, следуя этой логике, в идеале вы хотели бы получать антенна должна иметь очень низкий импеданс (как можно ближе к 0 Ом).

Ну, вы можете сделать это — вы можете сделать антенну намеренно «короткой», и она будет иметь довольно небольшое емкостное сопротивление, а сопротивление излучения упадет до доли 37 Ом (может быть, 5 Ом). Однако ваш принятый сигнал также намного меньше, потому что коэффициент преобразования упал еще ниже. Но вы можете отрегулировать емкость с помощью последовательной индуктивности и получить антенну с очень высокой электрической настройкой. Хорошо в одних обстоятельствах, но плохо в других.

Старые хрустальные радиоприемники никогда не имели ничего похожего на четвертьволновый монополь, потому что, если бы они были, длина его была бы почти равна 4 футбольным полям (для старой доброй службы длинных волн BBC на частоте около 200 кГц), НО длина все еще была довольно большой и это длина антенны, которая дает вам интенсивность сигнала (до определенного момента). Однако она по-прежнему считалась «короткой» антенной (электрически).

если вы используете антенну в качестве передатчика, то вам нужно сделать импеданс антенны (нагрузки) равен импедансу источника для передача максимальной мощности в антенну — так что вы согласуете свою антенну с 50 Ом

У вас немного задом наперед — для многих настроек антенна несколько удалена от трансивера и подключена коаксиальным кабелем.