Að skilja RF blöndunartæki í nútíma samskiptakerfi

Tíðniblöndunartæki eru mikilvægir þættir í RAD -tíðni (RF) kerfum, sem finnast í tækjum eins og útvörpum, farsímum og gervihnöttum.Helsta starf þeirra er að sameina tvö merki til að búa til ný á mismunandi tíðnum, þekkt sem tíðniblöndun.Hljóðblöndunartæki og RF blöndunartæki þjóna greinilegum aðgerðum í hljóð- og merkisvinnslu.Þessi grein útskýrir hvernig RF blöndunartæki virka, sameina merki og nota mismunandi hringrásir til að búa til nýjar tíðnir með því að bæta við og draga frumritin.Það fjallar um hvernig íhlutir eins og díóða og smárar haga sér ólínulega og breyta amplitude og áfanga merkja.Greinin nær yfir ýmsar tegundir af blöndunartæki, allt frá einföldum einstökum hönnun til fullkomnari þriggja jafnvægis.Það skýrir einnig hvernig blöndunartæki eru notuð í RF hringrásarhönnun og merkisvinnslu og varpa ljósi á mikilvægi þeirra í nútímatækni.

Vörulisti

Mynd 1: RF tíðniblöndunartæki

Ólínuleg merkisblöndun

Kjarni merkisblöndunar kemur frá ólínulegri hegðun ákveðinna hringrásarþátta eins og díóða eða smára.Ólíkt línulegum íhlutum sem einfaldlega magna eða draga úr styrk merkja, valda ólínulegum þáttum að inntaksmerkin hafa samskipti á þann hátt sem skapar alveg nýjar tíðnir.Þetta ólínulega samspil, sem oft er vísað til sem „blöndunar“, er vélbúnaðurinn sem framleiðir tíðni sem ekki er til staðar í upprunalegu merkjunum.

Þegar tvö merki eru gefin í hrærivél fara þau í gegnum ólínulegt tæki sem margfaldar þessi merki í raun.Svo, tækið sameinar merkin á þann hátt sem nýjar tíðnir koma fram.Stærðfræðilega er hægt að tákna þetta sem margfalda tvo innspennu:

Hvar Og tákna inntaksmerkin tvö í formi sinusbylgjna:

Hér eru A og B amplitude en Og eru tíðni merkjanna tveggja.Hægt er að einfalda samspil þessara sinusbylgjna frekar með því að nota trigonometric auðkenni.Þegar margfölduð er brotnar niðurstaðan niður í tvo hluti:

Þetta sýnir að framleiðsla merkisins inniheldur nú tvær nýjar tíðnir: önnur við summan F1+F2 og annað á mismun F1-F2.Þetta er þekkt sem „summa“ og „mismunur“ tíðni, sem myndast vegna ólínulegra eiginleika blöndunartækisins.

Til að gera þetta meira steypu skulum við líta á dæmi þar sem tvö merki með tíðni 1 MHz og 0,75 MHz eru gefin í blöndunartæki.Eftir sömu meginreglu og hér að ofan getum við reiknað út nýju tíðnina sem framleiddar eru.

Í fyrsta lagi summan tíðni:

Næst, mismunatíðni:

Svo, eftir blöndun, mun framleiðsla merkið innihalda tvær nýjar tíðnir: 1,75 MHz og 0,25 MHz.Þessi nýju merki eru bein niðurstöður blöndunarferlisins sem sýna hvernig ólínuleg hringrás færist og dreifir tíðni inntaksmerkja.Þessi hæfileiki til að búa til nýja tíðnisíhluti er það sem gerir merki blöndun mikilvægs tól í RF forritum, sem gerir kleift að gera verkefni eins og tíðnibreytingu, mótun og vinnslu merkja.

Mynd 2: Ólínuleg tíðniblöndunarferli

Hvernig RF blöndun og margföldun virkar

RF blöndun, einnig kölluð margföldun, er ferli í útvarpsbylgjutækni (RF) tækni sem felur í sér að sameina tvö merki til að búa til nýjar tíðnir, summan og mismun upprunalegu merkistíðni.

Við skulum íhuga tvær sinusbylgjur, Og , hvar:

Þegar þessi tvö merki eru inntak í ólínulegan frumefni (eins og díóða eða smári) er útkoman ekki einföld summan af merkjunum, heldur vara.Ólínulegir íhlutir breyta inntaksmerkjunum og framleiða margar framleiðslutíðni.Þessir þættir fylgja ekki ofurstillingarreglunni, sem þýðir að framleiðslan er ekki lengur í réttu hlutfalli við aðföngin.

Mynd 3: Blanda eða margfalda tvö merki saman

Sem dæmi má nefna að díóða hefur ólínulegt spennu-straumsamband sem er gott fyrir blöndunarferlið.Hægt er að móta þetta samband með veldisvísisaðgerð sem stundum er áætluð með margliða röð í hagnýtum forritum.Að sama skapi er hægt að stilla smári og FETS á að starfa á ólínulegu svæði til að ná sömu blöndunaráhrifum.

Hægt er að lýsa margföldun a (t) og b (t) í ólínulegum þætti stærðfræðilega á eftirfarandi hátt:

Einfaldað:

Þessi jafna sýnir að framleiðsla, , inniheldur tvær nýjar tíðnir: eina við summan af inntak tíðni Og einn á mismuninum .Þessar fjárhæðir og mismunatíðni eru niðurstöður blöndunarferlisins.

Ef þú skoðaðir þessa framleiðsla bylgjuform virðist það miklu flóknara en upprunalegu sinusbylgjurnar.Stærð og hraði nýrrar bylgjuforms breytast vegna blöndunnar og skapa merki með mörgum mismunandi tíðnum.Til viðbótar við tíðni summa og mismunur geta aðrar samhæfingar á hærra stigi einnig komið fram, allt eftir því hversu ólínulegt kerfið er og hversu sterk inntaksmerkin eru.

Fourier greining eða tímabundin uppgerð getur hjálpað til við að sýna þessa margbreytileika.Þessi verkfæri brjóta niður bylgjulögunina til að sýna hversu einfaldar sinusbylgjur breytast í merki með mörgum tíðnum.Þetta myndefni hjálpar til við að útskýra hvernig ólínulegir hlutar breyta RF merkjum og hvers vegna þetta ferli skiptir máli í RF verkfræði.

Mynd 4: Blanda tvö RF merki

RF Mixer Circuit tákn

Í RF Circuit Design er RF Mixer táknið meira en bara einfaldur merki á skýringarmynd.Þetta tákn, hringur sem er „x“, táknar punktinn þar sem tvö merki sameinast og hafa samskipti í kerfinu.Það leiðbeinir verkfræðingum sjónrænt með því að ákvarða staðsetningu þar sem tíðnibreyting fer fram.Táknið er merkt með þremur mikilvægum höfnum: RF (útvarpsbylgjur), LO (staðbundin sveiflu) og ef (millistig tíðni).Þessir merkimiðar eru ekki bara fyrir formsatriði, þeir veita upplýsingar um hvernig merki fara í gegnum hringrásina og hjálpa öllum að lesa skýringarmyndina til að átta sig á fljótt og nákvæmlega hvernig kerfið virkar.Rétt merking tryggir skýr samskipti um tilgang hönnunarinnar, sem gerir verkfræðingum auðveldara að greina og hrinda í framkvæmd skýringarmyndinni.

Mynd 5: RF Mixer Circuit tákn

RF hrærivélarrásir

Einn díóða blandari er ein einfaldasta hönnunin, með því að nota aðeins eina díóða til að framkvæma tíðniblöndun.Þessi naumhyggjuaðferð gerir það að aðlaðandi valkosti fyrir verkefni með þröngar fjárveitingar eða takmarkanir á rýmis.Samningur stærð þess og lítill kostnaður eru aðlaðandi eiginleikar, en þessi einfaldleiki kynnir áskoranir.Stakir díóða blöndunartæki glíma við að einangra inntaksmerki frá hvort öðru og frá framleiðslunni sem oft leiðir til röskunar á merkjum.Fyrir vikið eru þeir kannski ekki besti kosturinn fyrir forrit sem krefjast hreinrar, nákvæmrar merkisvinnslu.

Fleiri háþróaðir blöndunartæki nota aukahluta eins og marga díóða, smára eða samþætta hringrás.Þetta bætir árangur með því að draga úr truflunum og halda merkinu skýrt.Þó þeir virki betur kosta þeir líka meira og eru flóknari.Að ákveða að blöndunartæki með hærri endingu þýðir að vega betri afköst gegn aukakostnaði og margbreytileika.

Mynd 6: Stakur díóða blöndunartæki

Tegundir RF blöndunartæki

Hlutlaus blöndunartæki

Hlutlaus blöndunartæki treysta á einfalda hluti, svo sem díóða, án þess að nota neina virka þætti sem magna merki.Jafnvel þó að þessir blöndunartæki auki ekki merkisstyrk geta þeir samt staðið sig vel við vissar aðstæður.Schottky díóða er oft notað í óbeinum blöndunartæki vegna þess að þeir eru með litla snúningsspennu, sem gerir þá skilvirkan til að skipta um merki.Samt sem áður þurfa þessir blöndunartæki viðbótarhluta eins og Baluns (gerð RF spennir) til að koma jafnvægi á hringrásina.Þetta jafnvægi er mikilvægt, sérstaklega fyrir hönnun eins og jafnvægi eða tvöfalt jafnvægi blöndunartæki.Hins vegar getur það að nota Balun dregið úr tíðnisviði blöndunartækisins og takmarkað sveigjanleika þess í sumum tilvikum.

Mynd 7: Hlutlaus blöndunartæki

Virkir blöndunartæki

Virkir blöndunartæki fela í sér magnandi þætti eins og tvíhverfa smára, FETS (vettvangsáhrif smára) eða jafnvel tómarúmslöngur.Þessir þættir leyfa ekki aðeins blöndunartækinu að sameina tíðni heldur einnig til að auka merkisstyrk.Þessi mögnun er gagnleg í flóknari RF kerfum, þar sem þörf er á sterku merkisstigum fyrir heildarárangur.

Mynd 8: Virkur hrærivél

Ójafnvægi blöndunartæki

Ójafnvægi blöndunartæki sameina tvö inntaksmerki á einfaldan hátt, sem leiðir til framleiðsla sem inniheldur bæði summan og mismun upprunalegu inntak tíðni, ásamt nokkrum leifum af þessum upprunalegu merkjum.Þó að þeir séu einfaldir og geta verið hagkvæmir, hafa ójafnvægir blöndunartæki tilhneigingu til að kynna mikið af hávaða og truflunum.Þetta gerir þau minna hentug fyrir forrit þar sem þörf er á hreinum, vandaðri merkjum.

Mynd 9: Ójafnvægi hrærivél

Eins jafnvægi blöndunartæki

Einjafnvægi blöndunartæki bjóða upp á framför yfir ójafnvægi hönnun með því að nota Balun eða svipaða jafnvægisrásir til að sía út óæskilega merkjahluta.Þessi tegund af blöndunartæki notar tvo díóða og 180 gráðu blendinga til að ná betri aðskilnaði milli staðbundins sveiflu og RF inntaksmerkisins.Með því móti dregur það úr málum eins og röskun á intermodulation og lágmarkar leka frá staðbundnum sveiflum, sem leiðir til hreinni framleiðsla merki.

Mynd 10: Stöðug hrærivél

Tvöfaldur jafnvægi blöndunartæki

Tvöfaldur jafnvægi blöndunartæki bætir jafnvægisaðferðina með því að nota fjóra Schottky díóða í hring og bæta Baluns við RF og staðbundna sveifluinntak.Þessi hönnun býður upp á mun betri einangrun milli inntaksmerkjanna og millistigsframleiðslunnar, sem dregur úr óæskilegum merkjum um allt að 75% miðað við einfaldari hönnun.Þrátt fyrir að vera aðeins flóknari og kostnaðarsamari, þá er það ákjósanlegt val fyrir afkastamikil RF kerfi vegna áreiðanleika þess og betri afköst.

Mynd 11: Tvöfalt jafnvægi hrærivél

Þriggja jafnvægi blöndunartæki

Þrefaldur jafnvægi blöndunartækisins, oft kallaður tvöfalt tvöfalt jafnvægi blöndunartæki, táknar hámark hönnun blöndunartækisins.Það sameinar tvö tvöföld jafnvægi blöndunartæki og notar tvöfalt fjölda díóða og mótum.Þessi hönnun veitir framúrskarandi einangrun og bælir mjög skaðleg merki og röskun á intermodulation.Hins vegar kemur þessi bætta afköst á verði, það þarfnast hærra staðbundins sveiflukerfis og felur í sér fleiri íhluti, sem gerir það flóknara og dýrara en einfaldari blöndunartæki.

Mynd 12: Þriggja jafnvægi hrærivél

Tegundir RF blöndunaraðferða

Ólínuleg blanda

Í þessari aðferð er náttúruleg ólínuleg hegðun rafrænna íhluta eins og díóða eða smára notuð til að blanda merkjum.Þegar RF merki fara í gegnum þessi tæki búa þau til nýjar tíðnir, þar með talið summan og mismun upphaflegra merkja, ásamt nokkrum óæskilegum aukatíðni.

Þessi aðferð er einföld og getur framleitt margvíslegar tíðnir, en gallinn er að hún skapar einnig óæskileg merki sem geta truflað árangur.Verkfræðingar leysa þetta með því að hanna hringrás til að draga úr þessum auka merkjum eða með því að nota síur til að hreinsa framleiðsluna.Ólínuleg blanda er oft notuð þegar minna flókin hönnun er nauðsynleg en góð afköst er samt mikilvæg.

Skipta eða sýnatöku

Skipt eða sýnatöku er nákvæmari leið til að blanda RF merkjum samanborið við ólínulegar aðferðir.Það felur í sér að kveikja í íhlutum eins og smári eða FET og slökkva fljótt, samstilla staðbundið merki.Þetta ferli sýnishorn af inntaksmerkinu og býr til viðeigandi framleiðslutíðni með betri nákvæmni.

Helsti kosturinn er sá að það dregur úr óæskilegum merkjum, sem leiðir til hreinni framleiðsla.Þetta gerir það að frábæru vali fyrir kerfi sem þurfa hágæða merki eins og háþróaða samskiptatækni.Nákvæm stjórn á skiptaferlinu gerir kleift að fá betri tíðniþýðingu, sem gerir merkisvinnsluna skilvirkari.

Tegundir hrærivélar og tíðnibreyting í RF kerfum

Hér eru helstu tegundir blöndunarhafna og hvernig þær virka:

RF tengi (útvarpsbylgjur): Þessi höfn fær komandi merki, venjulega frá samskiptum eða ratsjárkerfi sem þarfnast tíðni hennar breytt.Það meðhöndlar venjulega hátíðni merki.

LO tengi (staðbundin sveifluhöfn): LO tengi fær stöðugt, sterkt merki með þekktri tíðni.Þetta merki er notað sem tilvísun til að sameina við RF merkið og halda blöndunarferlinu stöðugu og fyrirsjáanlegu.

Ef höfn (millistigstíðni): Eftir að RF og LO merkin eru sameinuð fer merkið sem myndast í IF Port.Þetta nýja merki, annað hvort summan eða mismun RF og LO tíðni, er tilbúin til frekari vinnslu.

Mynd 13: Blöndunartæki

Tíðnibreytingarferli

Down-umbreyting: Þetta ferli lækkar tíðni komandi RF merkis, sem gerir það auðveldara að vinna.Það er aðallega notað í móttakara.Ef höfn gefur út merki sem er venjulega munurinn á RF og LO tíðnum.

Up-umbreyting: Þetta ferli eykur tíðni merkisins fyrir sendingu.Hærri tíðni er betri til að senda merki yfir langar vegalengdir.LO merkið stjórnar tímasetningu, tryggir að hrærivélin virkar rétt og framleiðir hreint hátíðni merki fyrir sendingu.

Mynd 14: Ferli umbreytingarferla

Forrit RF blöndunartækja

• Superheterodyne móttakarar

Hjá Superheterodyne móttakara breyta RF blöndunartæki komandi hátíðni merkjum í milligni (IF) sem er auðveldara að vinna með.Þetta er gott fyrir útvörp, sjónvörp og gervihnattamóttakara.Með því að umbreyta merkjum í millitíðni getur kerfið betur aðgreint gagnleg merki frá hávaða eða óæskilegum merkjum.Þetta bætir bæði sértækni (hæfileikann til að einbeita sér að sérstökum tíðnum) og næmi (getu til að greina veik merki) móttakarans.

Mynd 15: Superheterodyne móttakari

• Tíðniþýðing

Meginhlutverk RF blöndunartæki er að færa merki tíðni, annað hvort upp eða niður, allt eftir þörfinni.Hjá móttakara lækkar það hátíðni merki á lægra svið.Í sendum vekur það lág tíðni merki eins og frá Baseband eða millistíðni yfir í hærri útvarpstíðni fyrir sendingu.Hvort sem það er í farsímum, útsendingum eða gagnakerfum, þá hjálpar tíðniþýðing að tryggja að merki séu á réttri tíðni í tilgangi þeirra.

• Ratsjárkerfi

RF blöndunartæki eru gagnleg í ratsjárkerfum vegna þess að þau aðlaga skiluð merki að tíðnum sem auðveldara er að greina.Þegar ratsjá sendir merki breytist tíðni skilaðs merkis út frá því hversu langt í burtu og hversu hratt markmiðið er að hreyfast.Blöndunartæki hjálpa til við að koma þessum merkjum á nothæft tíðnisvið, sem gerir ráð fyrir nákvæmum hraða- og staðsetningarútreikningum, tilvalin fyrir flugumferðarstjórnun, siglingar skips og veðureftirlit.

• Gervihnattasamskipti

Í gervitunglasamskiptum hjálpa RF blöndunartæki að senda og taka á móti merkjum á bestu tíðnunum.Meðan á Uplink (senda merki til gervihnatta) umbreyta þeir merkjum í tíðni sem geta farið auðveldlega í gegnum andrúmsloftið.Meðan á downlink stendur (móttaka merkja frá gervihnöttnum), umbreyta þeir merkjunum aftur í form sem jarðstöðvar geta unnið.Þessi tíðnistjórnun er hentugur fyrir áreiðanleg samskipti, hvort sem það er fyrir veðurspár, sjónvarpsútsendingar eða GPS.

• Fasa uppgötvun og mæling

RF blöndunartæki eru einnig notuð til að greina fasa til að fylgjast með mismuninum á fasa milli tveggja merkja.Þetta er gagnlegt í fasa læstum lykkjum (PLL), sem halda tíðni eins merki læst við viðmiðunartíðni.Með því að bera saman áfanga inntak og framleiðsla merkja getur kerfið breytt framleiðslunni til að vera samstillt við tilvísunina, sem tryggir stöðug merki, sérstaklega í kerfum sem þurfa nákvæma tíðnieftirlit, eins og tíðni myndun, mótun og demodulation.

• Tíðni mótun og demodulation

RF blöndunartæki eru góð í kerfum sem nota tíðni mótun (FM) til að senda upplýsingar.Þegar þeir eru mótaðir færa þeir merkið yfir í tíðni fyrir sendingu.Þegar þeir eru demodulatandi umbreyta þeir mótteknu merki aftur í upprunalegt form svo hægt sé að skilja upplýsingarnar (eins og rödd eða tónlist).Þetta tveggja þrepa ferli er gott fyrir skýr samskipti í útvörpum, sjónvarpi og öðrum útvarpskerfum.

• Merkiaðstoð og vinnsla

Í háþróuðum sviðum eins og rafrænum hernaði og merkjagreiningum hjálpa RF blöndunartæki til að betrumbæta og vinna úr komandi merkjum.Kerfið getur gert það auðveldara að vinna úr mynstri eða upplýsingum með því að blanda merkjum við tilvísunartíðni.Þetta ferli er tilvalið til að koma auga á ógnir, afkóða skilaboð og greina merki.RF blöndunartæki hjálpa til við að bæta bæði varnar- og merkjagreiningu.

Niðurstaða

Rannsóknin á RF blöndunartæki lítur vel á hvernig þau virka, mismunandi gerðir þeirra og notkun þeirra, sem sýnir hversu mikilvægar þau eru í nútíma RF tækni.Frá grunnhugmyndinni um að blanda merkjum við fullkomnari hönnun þriggja jafnvægis blöndunartækja.Mismunandi tegundir af blöndunartæki eru hannaðar fyrir sérstakar þarfir og sýna hvernig aðlögunarhæf og nákvæm RF verkfræði þarf að vera.Hvort sem það er í ofurheterodyne móttakara eða gervihnattasamskiptum, þá eru RF blöndunartæki góðir til meðhöndlunar og umbreyta tíðni.Greinin bendir einnig á hönnunarþætti, eins og stillingar á höfn og blandara hringrásartákn sem hjálpa þessum tækjum að virka vel í RF kerfum.Með áframhaldandi endurbótum á RF tækni halda hönnun blöndunartækja áfram, að bæta merki gæði og afköst kerfisins.

Algengar spurningar [FAQ]

1. Hver er munurinn á RF blöndunartæki og mótor?

RF blöndunartæki sameinar tvö inntaksmerki, útvarpsbylgjumerki og staðbundið sveiflumerki, til að framleiða nýjar tíðnir í gegnum ferli sem kallast tíðniblöndun.Þetta ferli býr bæði til fjárhæðar og mismunatíðni upprunalegu aðfönganna, fyrir tíðnibreytingu í útvarpsviðtækjum og sendum.Aftur á móti vinnur mótarinn burðarmerki til að umrita upplýsingar úr gagnamerki.Þessi mótun getur falið í sér að breyta amplitude, tíðni eða fasa burðarmerkisins til að tákna gögnin, auðvelda sendingu þess yfir miðil.

2. Hver eru dæmi um RF blöndunartæki?

Tvöfaldur jafnvægi blöndunartæki: Þessi tæki bjóða upp á góða einangrun milli höfnanna og eru notuð bæði í umbreytingu og umbreytingu í samskiptum og ratsjárkerfi.

Einjafnvægi blöndunartæki: Þessir blöndunartæki veita málamiðlun á milli afköst og kostnaðar, notuð í forritum þar sem hófleg einangrun er næg.

Þrefaldur jafnvægi blöndunartæki: Notað í afkastamiklum forritum, þessir blöndunartæki bjóða upp á framúrskarandi einangrun hafna og afköst intermodulation, tilvalin fyrir flókið merkisumhverfi.

3. Hvernig á að greina útvarpsbylgjur?

Að greina útvarpstíðni felur í sér notkun tæki sem kallast Spectrum Analyzer.Þetta tól skannar með ýmsum tíðnum og greinir tilvist RF -merkja sem sýnir styrk þeirra og einkenni.Önnur algeng aðferð felur í sér að nota RF skynjara, sem umbreyta hátíðni merkjum í mælanleg DC framleiðsla sem gefur til kynna tilvist og styrk RF merkja.

4. Hver er helsti kostur RF?

Helsti kostur RF (útvarpsbylgjna) tækni er geta þess til að senda gögn yfir langar vegalengdir án líkamlegra tenginga.RF samskipti geta komist inn í ýmis efni og farið yfir breið landfræðileg svæði, sem gerir það best fyrir farsíma samskipti, útsendingar og fjarstýringarkerfi.RF tækni styður fjölbreytt tíðni, sem gerir kleift að gera margar samskiptaleiðir og forrit.

5. Er Wi-Fi RF merki?

Já, Wi-Fi starfar með RF merkjum.Wi-Fi tækni sendir gögn með útvarpsbylgjum í 2,4 GHz og 5 GHz hljómsveitunum.Þessar tíðnir gera ráð fyrir þráðlausri sendingu gagna milli tækja, svo sem á milli þráðlausrar leiðar og tölvu, með rafsegulbylgjum.Þetta gerir tækjum kleift að tengjast internetinu og eiga samskipti sín á milli án þess að þurfa tengingar með hlerunarbúnaði.