Блог

RF басылуды түсіну және оның сигналды басқарудағы рөлі

RF коаксиалдық жүйелеріндегі басылу анықтамасы

RF коаксиалдық жүйелерде ашу негізінен сигнал күшінің тарату желілері немесе компоненттер бойымен қозғалған кезде азаюын білдіреді. Біз осы қуаттың төмендеуін децибелдермен (dB) өлшейміз. Барлық мақсат – сигналдарды жабдықтың келесі сатысына тым көп жүктеме түсірмейтіндей қауіпсіз деңгейде ұстау. Бұл энергияның жүйенің резистивті бөліктерінде жоғалуы арқылы болады. Қазіргі уақыттағы тұрақты ашыратқыштар осы dB мәндерін біздің қалауымызша дәл төмендетуде жақсы нәтиже береді, сонымен қатар өте маңызды импедансты сәйкестендіруді сақтайды. Неліктен? Себебі импеданстың сәйкессіздігі сигналдарымызды бұзатын шағылуларды туғызады. Бұл заманауи құрылғылар қолданылу ауқымы өте елеулі – тікелей токтан бастап шамамен 18 гигагерцке дейінгі жиіліктерге дейінгі диапазонда тиімділігін жоғалтпай жақсы жұмыс істейді.

Ашу мәндері сигнал күші мен бүтіндігіне қалай әсер етеді

3 дБ, 6 дБ немесе 10 дБ басылу параметрлерін таңдау сигналдардың фондық шуға қарсы қаншалықты жақсы көрінетіндігіне және қабылдағыштың жалпы жұмысына нақты әсер етеді. Жоғары дБ сандары сезімтал бөлшектердің шамадан тыс жүктемеге ұшырауынан қорғауға көмектеседі, бірақ инженерлер қосымша шығынның артуы мен жылу мәселелері сияқты компромисстерге назар аударуы керек. Мысалы, 6 дБ кесу сигнал күшін негізінен екі есе төмендетеді. Бұл бірнеше сатылы күшейткіш орнатуларымен жұмыс істегенде біз болмаған бұрмалау мәселелерінен қашқымыз келетін жағдайда қатты маңызды. Соңғы уақыттағы RF сигналдық тізбектегі сарапшылардың тапқан нәтижелерін қарағанда, аналогтық алдыңғы бөлікке тым көп қуат түсуі тек қана қиындық туғызады. Нәтижесі? Өткен жылдағы соңғы формалық тестілеулерге сәйкес 5G қабылдағыштарындағы қате векторлық шама 40% шамасында төмендейді.

Қуатты басу жүйесінің өнімділігі мен сызықтылығына әсері

Коммерциялық аттенюаторлардың қуат шектері әдетте 1-ден 100 ваттқа дейін жетеді, бұл сандар құрылғы нақты жұмыс істеген кезде қаншалықты сызықты қалып тұратыны туралы көп нәрсе айтады. Сигналдың дұрыс деңгейде төмендеуін қамтамасыз ету бұрмалауды болдырмау үшін маңызды. Кейбір зерттеулер кабельдік телевидение жүйелерінде 10 дБ пад үшінші реттік қиылысу нүктелерін шамамен 15 дБ-ға дейін көтеруі мүмкін екенін көрсетеді. Көптеген инженерлер температураның тұрақтылығына да үлкен мән береді. Тек 1 градус Цельсийге температураның өзгеруі аттенюациялау көрсеткішін 0,02 дБ-ға өзгертуі мүмкін. Бұл көп емес сияқты, бірақ миллиметрлік толқынды радарды тексеру сияқты дәлдік маңызды болып табылатын қолдануларда осындай өте шағын өзгерістер дәл көрсеткіштер мен қымбатқа түсетін қателердің арасындағы айырмашылықты құрайды.

Тұрақты коаксиалды аттенюаторлардағы стандартты аттенюация мәндері

Жиі кездесетін дБ деңгейлері: 3дБ, 6дБ, 10дБ және 20дБ түсіндірілді

Тұрақты коаксиалды азайтқыштар жүйенің талаптарын практикалық конструкциямен сәйкестендіретін стандартталған децибел (dB) мәндерін қолданады. Ең кеңінен қолданылатын деңгейлер:

• 3 дБ : Кіріс қуатын 50% азайтады, импедансты сәйкестендірудегі неболған түзетулер үшін идеалды
• 6dB : Бастапқы деңгейдің 25% деңгейіне дейін қуатты азайтады, антенналардың фидерлік желілерін теңестіруде жиі қолданылады
• 10dB : Қуатты 90% азайтады, тест жабдықтарын калибрлеуде жиі пайдаланылады
• 20 дБ : Шығысты кірістің 1%-ына шектейді, сезімтал қабылдағыштарды қорғау үшін маңызды

RF жүйелерін интеграциялаушылардың 2024 жылғы зерттеуі бойынша, орнатулардың 63%-ы сигналдардың минималды VSWR бұзылуын қамтамасыз ететін өнеркәсіптік стандартты 50-омдық жүйелерге сәйкес келетін 3dB мен 20dB аралығындағы азайтқыштарды қолданады.

Өнеркәсіптік стандартты мәндердің прогрессиясы және олардың практикалық қолданылуы

Инженерлер сигналдық тізбектерді тізбектеп қосу конструкцияларын жеңілдететін логарифмдік прогрессияға негізделген азайту мәндерін таңдайды. Типтік тізбек мынадай:

Типтік прогрессия
3dB → 6dB → 10dB → 20dB → 30dB

Бұл бірнеше аттенюаторларды біріктіргенде 69 дБ-ға дейінгі жинақталған төмендеулерге мүмкіндік береді — жоғары қуатты радиолокациялық және ұялы желілік инфрақұрылымдар үшін жеткілікті. Құрылымдары, әдетте, ISO 9001:2015 жылулық тұрақтылық стандарттарына сәйкес келеді және компактты N-типті коннекторларда 100 Вт-қа дейінгі қуатты қамтамасыз етеді.

N-Типті 3 дБ Тұрақты Аттенюаторлар: Қолданылуы мен Интеграциялау

N-Типті 3 дБ аттенюаторлар базалық станцияларды орнату кезінде 0–8 ГГц диапазонындағы 0,1 дБ амплитудалық жазықтық пен мықты интерфейстеріне байланысты кеңінен таралған. Жетекші өндірушілер оларды мыналар үшін оптимизациялайды:

1. 5G mMIMO массивтеріндегі қуат күшейткіштерінің шығысын деңгейлеу
2. Толнас құбырларының жинақтарындағы VSWR-ді түзету
3. LTE/Под-6 ГГц желілерін жаңарту кезіндегі сигнал жолының стандарттауы

Жергілікті сынақтар -55°C-тан +125°C-қа дейінгі температураларда 0,05 дБ қосылу шығынының тұрақтылығын көрсетті, сонымен қоса MIL-STD-202G спецификацияларына сай соққы мен вибрацияға төзімділік қамтамасыз етіледі.

Аттенюаторлардың Өнімділігіне Әсер Ететін Конструкторлық және Инженерлік Факторлар

Коаксиалды Аттенюаторлардың Құрылымындағы Резистивтік Желі Топологиялары

Коаксиалдық төмендеткіштер сенімді түрде сигналдарды азайту үшін көбінесе Пи (π) пішінді немесе Т-конфигурациялы кедергілік желілерге негізделеді. Пи түрі жұқа пленкалы резисторлармен жұмыс істегенде 18 ГГц жиілікке дейін шамамен ±0,3 дБ дәлдікпен жақсы жұмыс істейді. Екінші жағынан, Т-желілер үздіксіз 200 ваттқа дейінгі қуатты қабылдай алады, бірақ олар біраз жолақтың мүмкіндіктерінен айырылады. Осы компоненттерді жобалау шынымен қиын іс болып табылады. Инженерлер нұқымайтын индуктивтік әсерлерді азайту үшін резистор материалдары мен олардың физикалық орналасуын реттеуге санаусыз сағаттарын жұмсайды. Бұл ұқыпты жұмыс кең жиілікті спектрлер бойынша ±0,1 дБ ауытқулармен түзу сигналдың шығынын сақтауға көмектеседі, бұл күрделі байланыс жүйелерімен жұмыс істегенде өте маңызды.

Сигнал тұрақтылығы үшін импеданс түсінігі мен VSWR оптимизациясы

RF жүйелерінде импеданстың сәйкессіздігі болса, ол сигнал сапасын нашарлататын қатты ұнатпайтын тұрғын толқындар пайда болады. Жақсы жағы – жоғары өнімді ашықтырғыштар ВЗҚҚ қатынастарын тиімді бақылайды және олардың жұмыс диапазоны бойынша әдетте 1,2:1-ден төмен ұстайды, бұл тепе-теңдік орнатылған резисторлар конфигурациясы арқасында жүзеге асады. Кейбір зерттеулер стандартты 50 Ом жүйелерінде 6 дБ ашықтырғышты қосу кері шағылудың тууын шамамен екі есе азайтатынын көрсетті, бұл қабылдағыш компоненттерді кері шағылудан зақымданудан сақтайды. Тіпті одан да жақсы нәтижелерге жету үшін, соңғы қарауындағы жаңа моделдер 40 ГГц-ке дейінгі жиіліктерде ВЗҚҚ-ны 1,1:1-ден төмен деңгейде ұстауға қол жеткізді. Олар коаксиалды байланыстардың біртіндеп пішінделген формасы мен құрылғының бойына бірқалыпты таралған кедергі элементтері сияқты шебер дизайн ерекшеліктері арқылы мұны іске асырады.

Жиіліктік жауап және RF жүйелерінде жолақтың шектеулері

Қазіргі заманның тұрақты аттенюаторлары әдетте DC-ден шамамен 50 ГГц-ге дейінгі кең диапазонда жұмыс істейді. Бірақ мұнда бір ерекшелік бар — олар материалға тәуелді болатын шектік нүктелерге жеткен кезде, олардың сапасы төмендей бастайды. Кең жолақты 10 дБ моделдерін мысалға алсақ. Бериллий тотығының негізін пайдаланған кезде, олар 26,5 ГГц-ге дейінгі жиіліктерде ±0,5 дБ шеңберінде тұрақты сипаттамаларды сақтай алады. Алайда, жиілікті 40 ГГц-ге дейін көтерген кезде, негіз режимінің белсендіру проблемаларына байланысты тербелістер пайда бола бастайды және ол 1,2 дБ шамасында болады. Мұндай мәселелерді әскери стандарттағы нұсқалар шешеді. Олар вакуумдалған коаксиалды құрылымдар мен алмазды жылу шашатын элементтерді пайдалану арқылы мұндай мәселелерді шешеді. Бұл комбинация DC-ден бастап 110 ГГц-ге дейінгі жиілік диапазонда жұмыс істеуге мүмкіндік береді және VSWR көрсеткіші 0,8:1-ге дейін жетеді. Мұндай сапалық сипаттамалар фазалық массивті радиолокациялық жүйелер мен келесі ұрпақтың 5G FR2 жүйелері сияқты сигналдың бүтіндігі маңызды болып табылатын жоғары дәрежелі жүйелер үшін осы компоненттерді маңызды құрамдас бөлікке айналдырады.

Тұрақты RF аттенюаторлардың нақты сигнал тізбегіндегі негізгі қолданылуы

Сызықтық аттенюацияны қолданып, қабылдағыштың қайта жүктемесін болдырмау

Тұрақты RF аттенюаторлар сезімтал қабылдағыштарды жоғары сигнал қуатынан қорғайды. Сызық бойына орнатылған 3 дБ немесе 10 дБ аттенюатор келетін сигналдарды қауіпсіз жұмыс деңгейіне дейін төмендетеді. Радиолокациялық жүйелерде шығыс импульстер алдыңғы бөлік компоненттерін қайта жүктей алатын болса, 6 дБ аттенюатор қуатты 75% -ға дейін төмендетіп, сигналдың сапасын жоғалтпай тұрақты жұмыс істеуді қамтамасыз етеді.

Тексеру және өлшеу ортасындағы сигнал деңгейін калибрлеу

Спектр мен желілік анализаторлар сияқты тест құралдары дәл калибрлеу үшін тұрақты аттенюаторларға сүйенеді. 20 дБ аттенюатор нақты әлемдегі кабель шығындарын модельдей отырып, дәл қуат өлшеулерін мүмкінді етеді. Бұл практика MIL-STD-449D тестілеу протоколдарына сәйкес келеді, онда ±0,2 дБ аттенюациялық дәлдік 5G және серік байланыс жүйелері бойынша қайталанушылықты қамтамасыз етеді.

Тұрақты аттенюаторларды пайдаланып импеданс сәйкестігінің дәлдігін арттыру

Аттенюаторлар сәйкес келмейтін компоненттер арасындағы шағылған сигналдарды күшсіздендіру арқылы импедансты сәйкестендіруді жақсартады. Н-типіндегі 3 дБ аттенюатор базалық станцияның күшейткіштерінде толқынның тұрақты коэффициентін (VSWR) 1,5:1-ден 1,2:1-ге дейін төмендетеді, бұл жиіліктік жауапты бұрмалаушы тұрғын толқындарды азайтады. Бұл артықшылық элементтердің импедансы әртүрлі болған кезде сәулелік бағыттаудың дәлдігін төмендететін антенналық жинақтарда ерекше маңызды.

Зерттеу жағдайы: Ұялы базалық станцияларға 10 дБ аттенюаторларды орнату

Қалалық 5G желісінде инженерлер күшейткіштер мен дуплексорлардың арасына 10 дБ тұрақты аттенюаторларды орнатып, мынаны қол жеткізді:

• 3,5 ГГц-те шағылған қуаттың 40% азаюы
• Толық жүктеме кезінде қате векторлық модуляцияның (EVM) 8%-дан 3%-ға дейін жақсаруы
• дабылсыз күшейткіштің жұмыс істеу мерзімінің 18 айға созылуы
  Бұл конфигурация FCC Part 27 талаптарына сай болып қала берді және жоғары деректер өткізу жылдамдығы үшін 256-QAM модуляциясын қолдады.

RF коаксиалды аттенюаторлардың оптималды жұмыс істеуін таңдау критерийлері

Қуатты өңдеу мүмкіндігі мен жылу шашыратудың тиімділігі

Жүйенің қуатын өткізу кезінде сигнал сапасын бұзбайтын коаксиалды RF аттенюаторлар қажет. Қуат сыйымдылығы да әлді-берсіл болады — Pasternack-тің өткен жылғы деректеріне сәйкес, кейбіреулері тыныш қолданыста тек 0,5 ватт қана шыдай алады, ал енді басқалары ауыр жағдайларда 1000 ваттқа дейінгі қуатты өткізе алады. Мұндай жоғары қуат деңгейлерімен жұмыс істегенде, өндірушілер тіпті қыздырудан сақтану үшін алюминийден жасалған жылу шашарларын немесе кейде мәжбүрлі ауа салқындату жүйелерін орнатады. Егер бұл дұрыс орындалмаса, аттенюатордан кейінгі тізбектерге зиянды гармониктер, қоспалы модуляция әсерлері немесе тіпті физикалық зақым келуі мүмкін.

Коннектор түрлері (мысалы, N-типі, SMA) және қоршаған ортаға төзімділік

Таңдалған коннектордың түрі жабдықтың жұмыс істеу сапасы мен уақыт өте келе сенімділігіне нақты әсер етеді. Екі танымал нұсқа - бұл шамамен 18 ГГц-ге дейін жұмыс істей алатын N-Tипті коннекторлар және жиілікті 26,5 ГГц-ге дейін өңдей алатын SMA коннекторлары. Бұл коннекторлар сигнал жиілігін өңдеу мүмкіндігі мен физикалық беріктігі арасында жақсы тепе-теңдік орнатады. Сыртқы ұялы тор башняларында немесе ұшақтарда кездесетін қатаң жағдайлармен жұмыс істеген кезде инженерлер жиі IP67 герметизациялау технологиясымен қорғалған болат корпусы бар аттенюаторларды қолданады. Мұндай конструкциялар су зақымына, ластануға және минус 40 градус Цельсийден плюс 125 градус Цельсийге дейінгі температура шектеріне қарсы көбірек төзімді болып келеді.

Қазіргі заманғы 5G және микротолқындық жүйелердегі жиілік диапазонына сәйкестік

Аттенюаторлар алдыңғы қатарлы жүйелердің жұмыс диапазондарына сәйкес келуі тиіс. Мысалы:

• 5G FR2 желілері (24–52 ГГц) vSWR <1,5:1 талап етіледі
• Микротолқынды арналар (6–42 ГГц) жазық тежелу (±0,3 дБ өзгеріс) талап етіледі
  7/16 DIN сияқты үлкен коннекторлар жоғары қуатты қолдайды, бірақ жиілік диапазонын шектейді, сондықтан берілген жиілік диапазонында тұрақтылық үшін бериллий тотығы сияқты материалдарды таңдау маңызды.

Жиі қойылатын сұрақтар

RF тежелу деген не?

RF тежелуі — бұл RF коаксиалды жүйелердегі тасымалдау желілері немесе компоненттер арқылы сигнал күшінің азаюын білдіреді. Бұл сигнал бүтіндігі мен қауіпсіздікті басқаруда маңызды фактор болып табылады.

Тежелу жүйе өнімділігіне қалай әсер етеді?

Тежелу сигнал деңгейлерін бақылау арқылы, сезімтал компоненттердің асыра жүктелуін болдырмау және байланыс жүйелеріндегі сигнал сапасын сақтау арқылы жүйе өнімділігіне әсер етеді.

Қандай тежелу мәндері жиі қолданылады?

Жиі қолданылатын тежелу мәндеріне 3 дБ, 6 дБ, 10 дБ және 20 дБ жатады, олар импедансты сәйкестендіру, қуатты азайту және сынақ құралдарын калибрлеу сияқты әртүрлі қолданыстарға арналған.

RF жүйелерінде импедансты сәйкестендіру неге маңызды?

Сигналдың шағылуын болдырмау үшін импедансты сәйкестендіру маңызды, өйткені ол RF жүйелерінде сигнал сапасын төмендетіп және бұрмалауға әкеп соғуы мүмкін.