جدیترین مقالات

مقدمه ای بر اصول و اجزای RF

در مورد تشعشعات الکترومغناطیسی و اینکه چرا برای ارتباطات بی سیم بسیار مفید است آشنا شوید.

وقتی به برق فکر می کنیم، طبیعتاً به سیم ها فکر می کنیم. از خطوط انتقال ولتاژ بالا گرفته تا آثار کوچک روی برد مدار چاپی، سیم ها هنوز ابزار اساسی برای انتقال انرژی الکتریکی از یک مکان به مکان دیگر هستند.

اما تاریخ پیوسته نشان داده است که انسان‌ها به ندرت، یا هرگز، از شیوه‌های اساسی انجام کارها راضی هستند، و بنابراین نباید تعجب کنیم که تکثیر الکتریسیته با تلاش‌های گسترده‌ای برای رهایی عملکرد الکتریکی از محدودیت‌ها به دنبال داشته است. اتصالات فیزیکی

راه های مختلفی برای ترکیب عملکرد “بی سیم” در یک سیستم الکتریکی وجود دارد. یکی از این موارد استفاده از تابش الکترومغناطیسی است که اساس ارتباطات RF است. با این حال، مهم است که بدانیم تابش الکترومغناطیسی در توانایی آن برای گسترش مدار الکتریکی به حوزه بی سیم منحصر به فرد نیست. هر چیزی که بتواند از طریق یک ماده نارسانا حرکت کند – حرکت مکانیکی، امواج صوتی، گرما – می تواند به عنوان وسیله ای (شاید خام) برای تبدیل انرژی الکتریکی به اطلاعاتی استفاده شود که به اتصالات رسانا متکی نیست.

RFT page1 1 1 1
سیگنال های ولتاژ (یا جریان) سینوسی که با دقت دستکاری شده اند، پایه و اساس عصر بی سیم مدرن هستند.

با در نظر گرفتن این موضوع، می‌توانیم سؤالات مرتبط‌تری را از خود بپرسیم: چرا تابش الکترومغناطیسی روش ترجیحی است؟ چرا انواع دیگر ارتباطات بی سیم چنین اهمیت ثانویه ای دارند؟ قبل از پاسخ به این سؤالات، بیایید مطمئن شویم که تابش الکترومغناطیسی چیست.

میدان ها و امواج

شما می توانید سال ها صرف مطالعه جزئیات الکترومغناطیس کنید. خوشبختانه، برای طراحی و اجرای موفقیت آمیز مدارهای RF به آن نوع تخصص نیاز ندارید. اما شما باید یک ایده اولیه از انرژی مرموز ساطع شده از آنتن دستگاه خود داشته باشید.

همانطور که از نام آن پیداست، تابش الکترومغناطیسی شامل میدان های الکتریکی و میدان های مغناطیسی می شود. اگر ولتاژ داشته باشید – مانند ولتاژ دو سر امپدانس آنتن – میدان الکتریکی دارید (از نقطه نظر ریاضی، میدان الکتریکی متناسب با سرعت فضایی تغییر ولتاژ است). اگر جریان الکتریکی دارید – مانند جریانی که از امپدانس آنتن می گذرد – میدان مغناطیسی دارید (قدرت میدان متناسب با بزرگی جریان است).

میدان های الکتریکی و مغناطیسی وجود دارند حتی اگر مقدار ولتاژ یا جریان ثابت باشد. با این حال، این زمینه ها منتشر نمی شوند . اگر موجی بخواهیم که در کیهان منتشر شود، به تغییراتی در ولتاژ و جریان نیاز داریم .

RFT ch1 page1 2 CON 452 rs 1 1
اجزای الکتریکی و مغناطیسی یک موج الکترومغناطیسی به صورت سینوسی عمود بر هم نشان داده می شوند.

کلید این پدیده انتشار، رابطه خودپایه بین اجزای الکتریکی و مغناطیسی تابش الکترومغناطیسی است. یک میدان الکتریکی در حال تغییر یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند و یک میدان مغناطیسی متغیر یک میدان الکتریکی ایجاد می کند. این بازسازی متقابل به عنوان یک موجود متمایز، یعنی یک موج الکترومغناطیسی آشکار می شود. پس از ایجاد، این موج از منبع خود به سمت بیرون حرکت می کند، روز به روز با سرعت نور به سمت اعماق ناشناخته حرکت می کند.

ایجاد EMR در مقابل کنترل EMR

طراحی کامل یک سیستم ارتباطی RF آسان نیست. با این حال، تولید تابش الکترومغناطیسی (EMR) بسیار آسان است و در واقع شما آن را حتی زمانی که نمی خواهید تولید می کنید. هر سیگنال متغیر با زمان در هر مداری EMR تولید می کند و این شامل سیگنال های دیجیتال نیز می شود. در بیشتر موارد این EMR به سادگی نویز است. اگر مشکلی ایجاد نمی کند، می توانید آن را نادیده بگیرید. در برخی موارد واقعاً می تواند با مدارهای دیگر تداخل ایجاد کند که در این صورت به EMI (تداخل الکترومغناطیسی) تبدیل می شود.

پس می بینیم که طراحی RF صرفاً تولید EMR نیست. در عوض، طراحی RF هنر و علم تولید و دستکاری و تفسیر EMR است به گونه ای که به شما امکان می دهد اطلاعات معنی دار را به طور قابل اعتماد بین دو مداری که اتصال الکتریکی مستقیم ندارند منتقل کنید.

چرا EMR؟

حال اجازه دهید به این سوال برگردیم که چرا سیستم های مبتنی بر EMR در مقایسه با سایر اشکال ارتباط بی سیم بسیار رایج هستند. به عبارت دیگر، چرا “بی سیم” تقریباً همیشه به RF اشاره می کند، در حالی که پدیده های مختلف دیگر می توانند اطلاعات را بدون کمک سیم منتقل کنند؟ دلایل کمی وجود دارد:

چابکی

EMR گسترش طبیعی سیگنال های الکتریکی مورد استفاده در مدارهای سیمی است. ولتاژها و جریان های متغیر با زمان، چه بخواهید چه نخواهید، EMR تولید می کنند، و علاوه بر این، EMR نمایش دقیقی از اجزای AC سیگنال اصلی است.

RFT page1 3 1 1
هر بخش از این شکل موج پیچیده QPSK دو بیت از اطلاعات دیجیتال را منتقل می کند.

بیایید یک مثال متقابل افراطی (و کاملا غیر عملی) را در نظر بگیریم: یک سیستم ارتباطی بی سیم مبتنی بر حرارت. تصور کنید که یک اتاق شامل دو دستگاه جداگانه است. دستگاه فرستنده بر اساس پیامی که می خواهد بفرستد، اتاق را تا دمای مشخصی گرم می کند و دستگاه گیرنده دمای محیط را اندازه گیری و تفسیر می کند. این یک سیستم کند و بی دست و پا است زیرا دمای اتاق نمی تواند دقیقاً تغییرات سیگنال الکتریکی پیچیده را دنبال کند. از طرف دیگر EMR بسیار پاسخگو است. سیگنال‌های RF ارسالی می‌توانند حتی شکل‌های موج پیچیده و با فرکانس بالا را که در سیستم‌های بی‌سیم پیشرفته استفاده می‌شوند، صادقانه بازتولید کنند.

سرعت

در سیستم های AC-coupled، سرعت انتقال داده ها به سرعت یک سیگنال بستگی دارد که تغییرات را تجربه کند. به عبارت دیگر، یک سیگنال باید کاری را انجام دهد – مانند افزایش و کاهش دامنه – به منظور انتقال اطلاعات. معلوم شد که EMR یک رسانه ارتباطی کاربردی حتی در فرکانس‌های بسیار بالا است، به این معنی که سیستم‌های RF می‌توانند به سرعت بسیار بالایی از انتقال داده دست یابند.

دامنه

پیگیری ارتباطات بی سیم ارتباط نزدیکی با پیگیری ارتباطات از راه دور دارد. اگر فرستنده و گیرنده در مجاورت یکدیگر باشند، اغلب استفاده از سیم ها ساده تر و مقرون به صرفه تر است. اگرچه قدرت سیگنال RF طبق قانون مربع معکوس کاهش می یابد، EMR – در ارتباط با تکنیک های مدولاسیون و مدارهای پیچیده گیرنده – هنوز توانایی قابل توجهی در انتقال سیگنال های قابل استفاده در فواصل طولانی دارد.

RFT page1 4 1 1
شدت EMR به طور تصاعدی کاهش می یابد زیرا انرژی ساطع شده به خارج در همه جهات منتشر می شود.

بدون خط دید مورد نیاز است

تنها رسانه ارتباطی بی سیمی که می تواند با EMR رقابت کند نور است. این شاید خیلی تعجب آور نباشد، زیرا نور در واقع EMR با فرکانس بسیار بالا است. اما ماهیت انتقال نوری مزیت قطعی ارائه شده توسط ارتباطات RF را برجسته می کند: یک خط دید واضح مورد نیاز نیست.

دنیای ما مملو از اجسام جامد است که جلوی نور را می گیرند—حتی نور بسیار قدرتمند. همه ما درخشندگی شدید خورشید تابستانی را تجربه کرده‌ایم، با این حال این شدت به اندازه‌ای بیش از یک تکه پارچه نازک کاهش می‌یابد. در مقابل، EMR با فرکانس پایین‌تر که در سیستم‌های RF استفاده می‌شود، از دیوارها، محفظه‌های پلاستیکی، ابرها و – اگرچه ممکن است کمی عجیب به نظر برسد – از تمام سلول‌های بدن انسان عبور می‌کند. سیگنال های RF کاملاً تحت تأثیر این مواد قرار نمی گیرند و در برخی موارد تضعیف قابل توجهی ممکن است رخ دهد. اما در مقایسه با نور، EMR (با فرکانس پایین) تقریباً به همه جا می رود.

خلاصه

  • “RF” به استفاده از تشعشعات الکترومغناطیسی برای انتقال اطلاعات بین دو مدار که اتصال الکتریکی مستقیم ندارند، اشاره دارد.
  • ولتاژها و جریانهای متغیر با زمان انرژی الکترومغناطیسی تولید می کنند که به شکل امواج منتشر می شود. با دستکاری و تفسیر این امواج می توانیم داده های آنالوگ و دیجیتال را به صورت بی سیم انتقال دهیم.
  • EMR شکل غالب ارتباط بی سیم است. یک جایگزین استفاده از نور است (مانند فیبر نوری)، اما RF بسیار متنوع‌تر است، زیرا EMR با فرکانس پایین توسط اجسام مات مسدود نمی‌شود. 

منبع:

https://www.allaboutcircuits.com/textbook/radio-frequency-analysis-design/rf-principles-components/what-is-rf-and-why-do-we-use-it/

WhatsApp
Email
LinkedIn

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

تعطیلات

از پنج شنبه 18/بهمن/1403 تا روز شنبه 27/بهمن/1403 فروشگاه تعطیل می باشد.کلیه سفارشات در این تاریخ از یکشنبه 28 بهمن ماه به مرور ارسال می گردد.

خرید در این بازه با تخفیف 8 درصدی و از طریق کد تخفیف SD