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सिग्नल प्रबंधन में आरएफ अवमंदन और इसकी भूमिका की व्याख्या

आरएफ समाक्षीय प्रणालियों में अवमंदन की परिभाषा

RF कोएक्सियल प्रणालियों में, अभिग्राहिता का अर्थ है संचरण लाइनों या घटकों के साथ आगे बढ़ने पर सिग्नल की शक्ति में कमी। हम डेसीबल (dB) का उपयोग करके शक्ति में इस गिरावट को मापते हैं। इसका पूरा उद्देश्य सिग्नल को सुरक्षित स्तर पर बनाए रखना है ताकि वे अगले चरण के उपकरणों को ओवरलोड न करें। ऐसा तब होता है जब प्रणाली के प्रतिरोधक भागों में ऊर्जा खो जाती है। आज के निश्चित अभिग्राही उपकरण हमारी इच्छानुसार dB मानों को कम करने में काफी अच्छा काम करते हैं, साथ ही वे उचित प्रतिबाधा मिलान बनाए रखते हैं जो बहुत महत्वपूर्ण है। क्यों? क्योंकि असंगत प्रतिबाधा से परावर्तन होते हैं जो हमारे सिग्नल को बिगाड़ देते हैं। ये आधुनिक उपकरण एक शानदार सीमा में भी अच्छी तरह काम करते हैं, सीधी धारा से लेकर लगभग 18 गीगाहर्ट्ज़ तक की आवृत्तियों तक सब कुछ संभालते हैं बिना अपनी प्रभावशीलता खोए।

अभिग्राहिता मान सिग्नल शक्ति और अखंडता को कैसे प्रभावित करते हैं

3dB, 6dB या 10dB क्षीणन सेटिंग्स के बीच चुनाव करने से सिग्नल को पृष्ठभूमि के शोर के विपरीत कितनी अच्छी तरह से खड़ा किया जा सकता है और समग्र रिसीवर कार्यक्षमता पर वास्तविक प्रभाव पड़ता है। उच्च dB संख्या की ओर जाने से संवेदनशील घटकों को अतिभारित होने से बचाने में मदद मिलती है, हालाँकि इंजीनियरों को आंतरिक हानि में वृद्धि और ऊष्मा संबंधी समस्याओं जैसे व्यापार-ऑफ की निगरानी करने की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, 6dB की कमी मूल रूप से सिग्नल शक्ति को आधा कर देती है। यह बात बहु-स्तरीय एम्पलीफायर सेटअप के साथ काम करते समय काफी महत्वपूर्ण होती है, जहाँ हम अवांछित विकृति समस्याओं से बचना चाहते हैं। अभी हाल के वर्ष में RF सिग्नल चेन विशेषज्ञों द्वारा पाए गए परिणामों को देखें, तो एनालॉग फ्रंटएंड पर बहुत अधिक शक्ति का प्रहार केवल समस्या पैदा करता है। परिणाम? पिछले वर्ष के तरंगरूप परीक्षणों के आधार पर 5G रिसीवर में त्रुटि वेक्टर परिमाण लगभग 40% तक गिर जाता है।

शक्ति क्षीणन का प्रणाली प्रदर्शन और रैखिकता पर प्रभाव

व्यावसायिक अल्पकरों की शक्ति सीमा आमतौर पर 1 से 100 वाट तक होती है, और ये संख्याएँ हमें यह बताती हैं कि जब डिवाइस वास्तव में कठिन परिस्थितियों में काम कर रहा होता है तो वह कितना रैखिक बना रहता है। विकृति से बचाव के लिए संकेत कमी की सही मात्रा प्राप्त करना महत्वपूर्ण है। कुछ अध्ययनों से पता चलता है कि केबल टीवी प्रणालियों में 10 डीबी पैड लगाने से तीसरे क्रम के अवरोधन बिंदुओं में लगभग 15 डीबी तक की वृद्धि हो सकती है। अधिकांश इंजीनियर तापमान स्थिरता के बारे में भी बहुत चिंतित रहते हैं। मात्र 1 डिग्री सेल्सियस का छोटा परिवर्तन भी अल्पन पढ़ने में 0.02 डीबी की त्रुटि उत्पन्न कर सकता है। यह ज्यादा नहीं लगता, लेकिन मिलीमीटर तरंग रडार कैलिब्रेशन जैसे अनुप्रयोगों में, जहां परिशुद्धता बहुत महत्वपूर्ण होती है, ये छोटे-छोटे परिवर्तन सटीक पढ़ने और महंगी त्रुटियों के बीच का अंतर बन जाते हैं।

स्थिर कोएक्सियल अल्पकरों में मानक अल्पन मान

सामान्य डीबी स्तर: 3डीबी, 6डीबी, 10डीबी, और 20डीबी की व्याख्या

मानकीकृत डेसीबल (dB) मानों का उपयोग करने वाले स्थिर कोएक्सियल अटेन्यूएटर प्रणाली आवश्यकताओं को व्यावहारिक डिज़ाइन के साथ संतुलित करते हैं। सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले स्तर हैं:

• 3dB : इम्पीडेंस मिलान में मामूली समायोजन के लिए आदर्श, इनपुट शक्ति को आधा कर देता है
• 6dB : प्रारंभिक स्तरों के 25% तक शक्ति को कम कर देता है, एंटीना फीडलाइन संतुलन में आमतौर पर उपयोग किया जाता है
• 10dB : शक्ति को 90% तक कम कर देता है, प्रायः परीक्षण उपकरण कैलिब्रेशन में तैनात किया जाता है
• 20dB : आउटपुट को इनपुट का 1% तक सीमित कर देता है, संवेदनशील रिसीवर की सुरक्षा के लिए आवश्यक

आरएफ सिस्टम इंटीग्रेटर्स के एक 2024 सर्वेक्षण में पाया गया कि 63% स्थापनाओं में 3dB से 20dB रेंज के अटेन्यूएटर का उपयोग किया जाता है, जो उद्योग-मानक 50-ओम प्रणालियों के अनुरूप है जिनमें न्यूनतम VSWR व्यवधान पर जोर दिया जाता है।

उद्योग-मानक मान प्रगति और उनका व्यावहारिक उपयोग

इंजीनियर लघुगणकीय प्रगति पर आधारित अटेन्यूएशन मानों का चयन करते हैं जो श्रृंखलाबद्ध सिग्नल डिज़ाइन को सरल बनाते हैं। एक विशिष्ट अनुक्रम है:

विशिष्ट प्रगति
3dB → 6dB → 10dB → 20dB → 30dB

इससे एकाधिक अवमंदकों को संयोजित करने पर 69dB तक की संचयी कमी संभव होती है—उच्च-शक्ति रडार और सेलुलर बुनियादी ढांचे के लिए पर्याप्त। डिज़ाइन आमतौर पर ISO 9001:2015 तापीय स्थिरता मानकों के अनुरूप होते हैं और कॉम्पैक्ट N-प्रकार कनेक्टर्स में 100W तक की शक्ति संभालने का समर्थन करते हैं।

N-प्रकार 3dB निश्चित अवमंदक: अनुप्रयोग और एकीकरण

N-प्रकार 3dB अवमंदक आधार स्टेशन तैनाती में 0–8GHz बैंड्स में उनके मजबूत इंटरफेस और 0.1dB आयाम सपाटता के कारण प्रचलित हैं। अग्रणी निर्माता इन्हें निम्नलिखित के लिए अनुकूलित करते हैं:

1. 5G mMIMO ऐर्रेज़ में पावर प्रवर्धक आउटपुट स्तरीकरण
2. तरंगदैर्घ्य असेंबलीज़ में VSWR सुधार
3. LTE/सब-6GHz नेटवर्क अपग्रेड के दौरान सिग्नल पथ मानकीकरण

फ़ील्ड परीक्षणों में -55°C से +125°C तापमान के दौरान 0.05dB सम्मिलन हानि स्थिरता दिखाई गई है, जो झटके और कंपन प्रतिरोध के लिए MIL-STD-202G विनिर्देशों को पूरा करती है।

अवमंदक प्रदर्शन को प्रभावित करने वाले डिज़ाइन और इंजीनियरिंग कारक

समाक्षीय अवमंदक डिज़ाइन में प्रतिरोधक नेटवर्क टोपोलॉजी

समाक्षीय अवमंदक (कोएक्सियल एटेन्यूएटर्स) संकेतों को विश्वसनीय ढंग से कम करने के लिए मुख्यतः पाई (π) आकार या टी-विन्यास (T-configuration) वाले सावधानीपूर्वक डिज़ाइन किए गए प्रतिरोधक नेटवर्क पर निर्भर करते हैं। पाई प्रकार की डिज़ाइन पतली फिल्म प्रतिरोधकों (थिन फिल्म रेजिस्टर्स) के साथ लगभग ±0.3 डीबी की सटीकता के साथ 18 गीगाहर्ट्ज़ तक की आवृत्तियों पर उत्कृष्ट प्रदर्शन करती है। दूसरी ओर, टी-नेटवर्क बहुत अधिक शक्ति सहन कर सकते हैं, लगातार 200 वाट तक की शक्ति संभाल सकते हैं, लेकिन इसके बदले उनकी बैंडविड्थ क्षमता कुछ कम हो जाती है। इन घटकों के डिज़ाइन करना वास्तव में काफी जटिल कार्य है। इंजीनियर अवांछित प्रेरकत्व (इंडक्टेंस) प्रभावों को कम करने के लिए प्रतिरोधक सामग्री और उनकी भौतिक व्यवस्था में समायोजन के लिए असंख्य घंटे बिताते हैं। यह सावधानीपूर्ण कार्य विस्तृत आवृत्ति स्पेक्ट्रम में ±0.1 डीबी के भीतर भिन्नता के साथ सपाट सिग्नल हानि प्रदर्शन बनाए रखने में मदद करता है, जो जटिल संचार प्रणालियों के साथ काम करते समय बहुत महत्वपूर्ण होता है।

सिग्नल स्थिरता के लिए प्रतिबाधा मिलान और VSWR अनुकूलन

जब आरएफ सिस्टम में इम्पीडेंस मिसमैच होता है, तो यह उन परेशान करने वाली स्टैंडिंग वेव्स को जन्म देता है जो सिग्नल की गुणवत्ता को वास्तव में बिगाड़ देती हैं। अच्छी खबर यह है कि उच्च प्रदर्शन एटेन्यूएटर VSWR अनुपात को नियंत्रण में रख सकते हैं, जो संतुलित प्रतिरोधक विन्यास के कारण आमतौर पर उनकी संचालन सीमा के दौरान 1.2:1 से कम बनाए रखते हैं। कुछ अध्ययनों में दिखाया गया है कि मानक 50 ओम सिस्टम में 6 डीबी एटेन्यूएटर जोड़ने से प्रतिबिंब संबंधी समस्याएं लगभग आधी रह जाती हैं, जिससे प्राप्तकर्ता के नाजुक घटक पीछे के प्रतिबिंबों से क्षतिग्रस्त होने से बच जाते हैं। और भी बेहतर परिणाम के लिए, नए उन्नत मॉडल 40 गीगाहर्ट्ज तक की आवृत्तियों पर VSWR को 1.1:1 से भी कम तक ले जाने में सक्षम होते हैं। वे धीरे-धीरे आकार दिए गए समाक्षीय कनेक्शन और उपकरण के सम्पूर्ण भाग में फैले प्रतिरोधक घटकों जैसी चतुर डिज़ाइन विशेषताओं के माध्यम से ऐसा करते हैं।

आरएफ सिस्टम में आवृत्ति प्रतिक्रिया और बैंडविड्थ सीमाएं

आधुनिक निश्चित अवमंदक (फिक्स्ड एटेन्यूएटर्स) काफी विस्तृत सीमा में काम करते हैं, आमतौर पर डीसी से लेकर लगभग 50 गीगाहर्ट्ज़ तक। लेकिन इसमें एक समस्या है - एक बार जब ये सामग्री पर आधारित कटऑफ बिंदुओं तक पहुँच जाते हैं, तो उनका प्रदर्शन घटने लगता है। उदाहरण के लिए ब्रॉडबैंड 10 डीबी मॉडल लें। बेरिलियम ऑक्साइड सब्सट्रेट्स का उपयोग करते समय ये 26.5 गीगाहर्ट्ज़ तक ±0.5 डीबी के भीतर काफी सपाट प्रदर्शन बनाए रख सकते हैं। हालाँकि, इन्हें 40 गीगाहर्ट्ज़ तक ले जाने पर सब्सट्रेट मोड उत्तेजना की समस्याओं के कारण 1.2 डीबी की तरंगाकारता (रिपल) के साथ कुछ समस्याएँ दिखाई देने लगती हैं। यहीं पर सैन्य-ग्रेड संस्करण उपयोगी साबित होते हैं। ये खोखली समाक्षीय संरचनाओं (इवैक्यूएटेड कोएक्सियल स्ट्रक्चर्स) के साथ हीरे के ऊष्मा प्रसारकों (डायमंड हीट स्प्रेडर्स) जैसे विशेष डिज़ाइन के माध्यम से इन समस्याओं को हल करते हैं। यह संयोजन डीसी से लेकर 110 गीगाहर्ट्ज़ तक संचालन की अनुमति देता है और विशाल VSWR रेटिंग 0.8:1 तक प्राप्त करता है। ऐसे प्रदर्शन लक्षण इन्हें फ़ेज़्ड एरे रडार सेटअप और अगली पीढ़ी के 5G FR2 तैनाती जैसी उन्नत प्रणालियों के लिए आवश्यक घटक बनाते हैं, जहाँ सिग्नल अखंडता वास्तव में महत्वपूर्ण होती है।

वास्तविक संकेत श्रृंखलाओं में नियत RF अवमंदकों के प्रमुख अनुप्रयोग

इन-लाइन अवमंदन के साथ अभिग्राही अतिभार को रोकना

नियत RF अवमंदक संवेदनशील अभिग्राही को उच्च संकेत शक्ति से बचाते हैं। 3dB या 10dB के एक अवमंदक को श्रृंखला में डालने से आने वाले संकेत सुरक्षित संचालन स्तर के भीतर आ जाते हैं। रडार प्रणालियों में, जहाँ प्रतिध्वनि पल्स फ्रंट-एंड घटकों को अधिभारित कर सकते हैं, 6dB का अवमंदक शक्ति को 75% तक कम कर देता है, जिससे संकेत विश्वसनीयता के बिना स्थिर संचालन संभव हो जाता है।

परीक्षण एवं मापन वातावरण में संकेत स्तर कैलिब्रेशन

स्पेक्ट्रम और नेटवर्क विश्लेषक जैसे परीक्षण उपकरण सटीक कैलिब्रेशन के लिए नियत अवमंदकों पर निर्भर करते हैं। 20dB का अवमंदक वास्तविक दुनिया की केबल हानि का अनुकरण करता है, जिससे सटीक शक्ति माप संभव होता है। यह प्रथा MIL-STD-449D परीक्षण प्रोटोकॉल का पालन करता है, जहाँ ±0.2dB अवमंदन सटीकता 5G और उपग्रह संचार प्रणालियों में पुनरावृत्ति सुनिश्चित करती है।

नियत अवमंदकों का उपयोग करके प्रतिबाधा मिलान सटीकता में सुधार

एटेन्यूएटर असंगत घटकों के बीच प्रतिबिंबित सिग्नल को डैम्पिंग करके इम्पीडेंस मिलान में सुधार करते हैं। आधार स्टेशन एम्पलीफायर में 3dB N-प्रकार एटेन्यूएटर VSWR को 1.5:1 से घटाकर 1.2:1 कर देता है, जिससे आवृत्ति प्रतिक्रिया को विकृत करने वाली स्थिर तरंगों में कमी आती है। यह लाभ विशेष रूप से एंटीना ऐरे में मूल्यवान होता है, जहाँ तत्व से तत्व तक इम्पीडेंस में भिन्नता बीमफॉर्मिंग की परिशुद्धता को प्रभावित करती है।

केस अध्ययन: सेलुलर बेस स्टेशन सेटअप में 10dB एटेन्यूएटर का उपयोग

शहरी 5G तैनाती में, इंजीनियरों ने पावर एम्पलीफायर और डुप्लेक्सर के बीच 10dB फिक्स्ड एटेन्यूएटर स्थापित किए, जिससे प्राप्त हुआ:

• 3.5GHz पर प्रतिबिंबित शक्ति में 40% की कमी
• पूर्ण भार के तहत EVM में 8% से घटकर 3% तक सुधार
• कम शोर वाले एम्पलीफायर के जीवनकाल में 18 महीने का विस्तार
  इस विन्यास ने FCC भाग 27 के अनुपालन को बनाए रखा जबकि उच्च डेटा थ्रूपुट के लिए 256-QAM मॉड्यूलेशन का समर्थन किया।

ऑप्टिमल आरएफ कोएक्सियल एटेन्यूएटर प्रदर्शन के लिए चयन मानदंड

शक्ति संभालन क्षमता और तापीय अपव्यय दक्षता

आरएफ कोएक्सियल एटेन्यूएटर को सिग्नल की गुणवत्ता को प्रभावित किए बिना सिस्टम शक्ति को संभालने की आवश्यकता होती है। शक्ति क्षमता में काफी भिन्नता होती है - कुछ केवल शांत अनुप्रयोगों के लिए 0.5 वाट तक सहन कर सकते हैं, जबकि अन्य भारी उपकरण सेटअप में पिछले वर्ष पास्टरनैक के आंकड़ों के अनुसार 1,000 वाट तक पहुंच सकते हैं। इन उच्च शक्ति स्तरों के साथ काम करते समय, निर्माता आमतौर पर चीजों के अधिक ताप होने से बचने के लिए एल्युमीनियम हीट सिंक या कभी-कभी बलपूर्वक वायु शीतलन प्रणाली का निर्माण करते हैं। इसे सही तरीके से न करने से अवांछित हार्मोनिक्स, अजीब इंटरमॉड्यूलेशन प्रभाव या और भी बदतर, सिस्टम श्रृंखला में एटेन्यूएटर के बाद आने वाले सर्किट्स को वास्तविक भौतिक क्षति जैसी समस्याएं उत्पन्न हो सकती हैं।

कनेक्टर प्रकार (उदाहरण के लिए, एन-टाइप, एसएमए) और पर्यावरणीय टिकाऊपन

चयनित कनेक्टर के प्रकार से उपकरण के प्रदर्शन और समय के साथ विश्वसनीयता बनाए रखने में वास्तविक अंतर आता है। दो लोकप्रिय विकल्प N-प्रकार कनेक्टर हैं, जो लगभग 18 गीगाहर्ट्ज़ तक काम करते हैं, और SMA कनेक्टर, जो 26.5 गीगाहर्ट्ज़ तक की आवृत्तियों को संभालने में सक्षम होते हैं। ये कनेक्टर सिग्नल आवृत्ति के संदर्भ में उनकी क्षमता और उनकी भौतिक स्थायित्व के बीच एक अच्छा संतुलन बनाए रखते हैं। जब बाहरी सेल टावरों या विमानों पर पाए जाने वाले कठोर परिस्थितियों का सामना करना होता है, तो इंजीनियर अक्सर स्टेनलेस स्टील के आवरण वाले और IP67 सीलिंग तकनीक द्वारा सुरक्षित एट्यूएटर्स का उपयोग करते हैं। ऐसे डिज़ाइन पर्यावरणीय कारकों जैसे जल क्षति, धूल के प्रवेश, और ऋणात्मक 40 डिग्री सेल्सियस से लेकर धनात्मक 125 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान सीमा के खिलाफ बहुत बेहतर ढंग से सामना करते हैं।

आधुनिक 5G और माइक्रोवेव प्रणालियों में आवृत्ति बैंड संगतता

उन्नत प्रणालियों के संचालन बैंड के साथ एट्यूएटर्स का मेल होना आवश्यक है। उदाहरण के लिए:

• 5G FR2 नेटवर्क (24–52 गीगाहर्ट्ज़) vSWR <1.5:1 की आवश्यकता होती है
• माइक्रोवेव बैकहॉल (6–42 गीगाहर्ट्ज़) सपाट अभिक्षयन (±0.3dB परिवर्तन) की मांग करता है
  7/16 DIN जैसे बड़े कनेक्टर उच्च शक्ति का समर्थन करते हैं लेकिन आवृत्ति सीमा को सीमित करते हैं, जिससे बेरीलियम ऑक्साइड जैसे सब्सट्रेट का चयन ब्रॉडबैंड स्थिरता के लिए महत्वपूर्ण हो जाता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

आरएफ अभिक्षयन क्या है?

आरएफ अभिक्षयन का तात्पर्य आरएफ कोएक्सियल प्रणालियों में ट्रांसमिशन लाइनों या घटकों के माध्यम से यात्रा करते समय संकेत शक्ति में कमी से है। यह संकेत अखंडता और सुरक्षा के प्रबंधन के लिए एक महत्वपूर्ण कारक है।

अभिक्षयन प्रणाली प्रदर्शन को कैसे प्रभावित करता है?

अभिक्षयन संकेत शक्ति स्तरों को नियंत्रित करके, संवेदनशील घटकों के अतिभार को रोककर और संचार प्रणालियों में संकेत गुणवत्ता बनाए रखकर प्रणाली प्रदर्शन को प्रभावित करता है।

उपयोग किए जाने वाले सामान्य अभिक्षयन मान क्या हैं?

सामान्य अभिक्षयन मानों में 3dB, 6dB, 10dB और 20dB शामिल हैं, जिनमें से प्रत्येक इम्पीडेंस मिलान, शक्ति कमी और परीक्षण उपकरण कैलिब्रेशन जैसे विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए सेवा प्रदान करता है।

आरएफ प्रणालियों में प्रतिबाधा मिलान क्यों महत्वपूर्ण है?

सिग्नल प्रतिबिंबों को रोकने के लिए प्रतिबाधा मिलान महत्वपूर्ण है, जो सिग्नल गुणवत्ता में कमी कर सकते हैं और आरएफ प्रणालियों में विकृति का कारण बन सकते हैं।