ट्रांसमिशन लाइन और आरएफ

वास्तविक जीवन आरएफ सिग्नल
उच्च आवृत्ति वाले इंटरकनेक्ट को विशेष रूप से विचार करने की आवश्यकता होती है क्योंकि वे अक्सर साधारण तारों के रूप में नहीं बल्कि ट्रांसमिशन लाइनों के रूप में व्यवहार करते हैं।

कम-आवृत्ति प्रणालियों में, घटक तारों या पीसीबी के निशान से जुड़े होते हैं। इन प्रवाहकीय तत्वों का प्रतिरोध अधिकांश स्थितियों में नगण्य होने के लिए काफी कम है।

आवृत्ति बढ़ने के साथ सर्किट डिजाइन और विश्लेषण का यह पहलू नाटकीय रूप से बदलता है। आरएफ सिग्नल सीधे या सीधे फैशन में तारों या पीसीबी के निशान के साथ यात्रा नहीं करते हैं जो हम कम आवृत्ति सर्किट के साथ अपने अनुभव के आधार पर उम्मीद करते हैं।

ट्रांसमिशन लाइन
RF इंटरकनेक्ट का व्यवहार निम्न-आवृत्ति संकेतों को ले जाने वाले साधारण तारों से बहुत अलग है - इसलिए अलग-अलग, वास्तव में, अतिरिक्त शब्दावली का उपयोग किया जाता है: एक ट्रांसमिशन लाइन एक केबल (या बस कंडक्टर की एक जोड़ी) है जिसका विश्लेषण किया जाना चाहिए उच्च आवृत्ति संकेत प्रसार की विशेषताओं के लिए।

सबसे पहले, दो बातें स्पष्ट करते हैं:
केबल बनाम ट्रेस
"केबल" इस संदर्भ में एक सुविधाजनक लेकिन अभेद्य शब्द है। समाक्षीय केबल निश्चित रूप से एक ट्रांसमिशन लाइन का एक उत्कृष्ट उदाहरण है, लेकिन पीसीबी के निशान भी ट्रांसमिशन लाइनों के रूप में कार्य करते हैं। "माइक्रोस्ट्रिप" ट्रांसमिशन लाइन में एक ट्रेस और पास का ग्राउंड प्लेन होता है, जो इस प्रकार है:

"स्ट्रिपलाइन" ट्रांसमिशन लाइन में एक पीसीबी ट्रेस और दो ग्राउंड प्लेन होते हैं:




पीसीबी ट्रांसमिशन लाइनें विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं क्योंकि उनकी विशेषताओं को सीधे डिजाइनर द्वारा नियंत्रित किया जाता है। जब हम एक केबल खरीदते हैं, तो इसके भौतिक गुण तय होते हैं; हम केवल डेटाशीट से आवश्यक जानकारी एकत्र करते हैं। जब एक आरएफ पीसीबी बिछाते हैं, तो हम आसानी से आयामों को अनुकूलित कर सकते हैं - और इस प्रकार विद्युत विशेषताओं को - आवेदन की आवश्यकताओं के अनुसार ट्रांसमिशन लाइन।

ट्रांसमिशन लाइन मानदंड
हर उच्च-आवृत्ति इंटरकनेक्ट एक ट्रांसमिशन लाइन नहीं है; यह शब्द मुख्य रूप से सिग्नल और केबल के बीच विद्युत संपर्क को संदर्भित करता है, सिग्नल की आवृत्ति या केबल की भौतिक विशेषताओं को नहीं। तो हमें अपने विश्लेषण में ट्रांसमिशन-लाइन प्रभाव को शामिल करने की आवश्यकता कब है?

सामान्य विचार यह है कि ट्रांसमिशन-लाइन प्रभाव महत्वपूर्ण हो जाता है जब लाइन की लंबाई सिग्नल की तरंग दैर्ध्य की तुलना में या उससे अधिक होती है। एक अधिक विशिष्ट दिशानिर्देश तरंग दैर्ध्य का एक चौथाई है:

* यदि इंटरकनेक्ट की लंबाई सिग्नल वेवलेंथ के एक-चौथाई से कम है, तो ट्रांसमिशन-लाइन विश्लेषण आवश्यक नहीं है। इंटरकनेक्ट स्वयं सर्किट के विद्युत व्यवहार को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित नहीं करता है।

* यदि इंटरकनेक्ट की लंबाई सिग्नल वेवलेंथ के एक-चौथाई से अधिक है, तो ट्रांसमिशन-लाइन प्रभाव महत्वपूर्ण हो जाते हैं, और इंटरकनेक्ट के प्रभाव को स्वयं ध्यान में रखना चाहिए।

स्मरण करो कि तरंगदैर्ध्य आवृत्ति द्वारा विभाजित प्रसार वेग के बराबर है:

यदि हम प्रकाश की गति के 0.7 गुना प्रसार गति का अनुमान लगाते हैं, तो हमारे पास निम्नलिखित तरंगदैर्ध्य हैं:


 

संबंधित ट्रांसमिशन-लाइन थ्रेसहोल्ड निम्नलिखित हैं:


 

तो बहुत कम आवृत्तियों के लिए, ट्रांसमिशन-लाइन प्रभाव नगण्य हैं। मध्यम आवृत्तियों के लिए, केवल बहुत लंबे केबल के लिए विशेष विचार की आवश्यकता होती है। हालांकि, 1 गीगाहर्ट्ज पर कई पीसीबी निशान को ट्रांसमिशन लाइनों के रूप में माना जाना चाहिए, और जैसे-जैसे आवृत्तियां गीगाहर्ट्ज़ के दसियों में चढ़ती हैं, ट्रांसमिशन लाइनें सर्वव्यापी हो जाती हैं।

विशेषता प्रतिबाधा
एक ट्रांसमिशन लाइन की सबसे महत्वपूर्ण संपत्ति विशेषता प्रतिबाधा (Z0 द्वारा चिह्नित) है। कुल मिलाकर यह काफी सरल अवधारणा है, लेकिन शुरू में यह भ्रम पैदा कर सकता है।

सबसे पहले, शब्दावली पर एक नोट: "प्रतिरोध" वर्तमान के किसी भी प्रवाह के विरोध को संदर्भित करता है; यह आवृत्ति पर निर्भर नहीं है। "प्रतिबाधा" का उपयोग एसी सर्किट के संदर्भ में किया जाता है और अक्सर एक आवृत्ति-निर्भर प्रतिरोध को संदर्भित करता है। हालांकि, हम कभी-कभी "प्रतिबाधा" का उपयोग करते हैं जहां "प्रतिरोध" सैद्धांतिक रूप से अधिक उपयुक्त होगा; उदाहरण के लिए, हम विशुद्ध रूप से प्रतिरोधक सर्किट के "आउटपुट प्रतिबाधा" का उल्लेख कर सकते हैं।

इस प्रकार, "स्पष्ट प्रतिबाधा" से हमारा क्या मतलब है, इसका स्पष्ट विचार रखना महत्वपूर्ण है। यह केबल के अंदर सिग्नल कंडक्टर का प्रतिरोध नहीं है - एक सामान्य विशेषता प्रतिबाधा 50 of है, और एक छोटी केबल के लिए 50 DC का डीसी प्रतिरोध बेतुका उच्च होगा। यहाँ कुछ मुख्य बिंदु हैं जो विशेषता प्रतिबाधा की प्रकृति को स्पष्ट करने में मदद करते हैं:

विशेषता प्रतिबाधा संचरण लाइन के भौतिक गुणों से निर्धारित होती है; एक समाक्षीय केबल के मामले में, यह आंतरिक व्यास (नीचे आरेख में डी 1), बाहरी व्यास (डी 2), और आंतरिक और बाहरी कंडक्टरों के बीच इन्सुलेशन की सापेक्ष पारगम्यता का कार्य है।

विशेषता प्रतिबाधा केबल लंबाई का एक कार्य नहीं है। यह केबल के साथ हर जगह मौजूद है, क्योंकि यह केबल के अंतर्निहित समाई और अधिष्ठापन से उत्पन्न होता है।

 

इस आरेख में, डिस्ट्रीब्यूटेड कैपेसिटेंस और इंडक्शन को दर्शाने के लिए अलग-अलग इंडिकेटर्स और कैपेसिटर का उपयोग किया जाता है जो केबल की पूरी लंबाई के दौरान लगातार मौजूद रहता है।
 

* व्यवहार में, एक ट्रांसमिशन लाइन की प्रतिबाधा डीसी पर प्रासंगिक नहीं है, लेकिन अनंत लंबाई की एक सैद्धांतिक ट्रांसमिशन लाइन एक डीसी स्रोत जैसे बैटरी के लिए भी अपनी विशेषता प्रतिबाधा पेश करेगी। यह मामला है क्योंकि असीम रूप से लंबी ट्रांसमिशन लाइन वितरित कैपेसिटेंस की अपनी अनंत आपूर्ति को चार्ज करने के प्रयास में करंट खींचेगी, और बैटरी वोल्टेज के चार्जिंग करंट का अनुपात चारित्रिक प्रतिबाधा के बराबर होगा।

* एक संचरण लाइन की विशेषता प्रतिबाधा विशुद्ध रूप से प्रतिरोधक है; कोई भी चरण शिफ्ट पेश नहीं किया जाता है, और सभी सिग्नल फ्रीक्वेंसी एक ही गति से फैलती हैं।

 * सैद्धांतिक रूप से यह केवल दोषरहित संचरण लाइनों के लिए सही है - यानी, संचरण लाइनें जो कंडक्टरों के साथ शून्य प्रतिरोध और कंडक्टरों के बीच अनंत प्रतिरोध हैं। स्पष्ट रूप से ऐसी रेखाएँ मौजूद नहीं हैं, लेकिन वास्तविक-जीवन कम-हानि संचरण लाइनों पर लागू होने पर दोषरहित रेखा विश्लेषण पर्याप्त रूप से सटीक है।

प्रतिबिंब और मिलान
ट्रांसमिशन लाइन की बाधा का मतलब वर्तमान प्रवाह को उस तरीके से प्रतिबंधित करना नहीं है जैसा कि एक साधारण अवरोधक करता है। विशेषता प्रतिबाधा बस निकटता में दो कंडक्टरों से बने केबल के बीच बातचीत का एक अपरिहार्य परिणाम है। आरएफ डिजाइन के संदर्भ में विशेषता प्रतिबाधा का महत्व इस तथ्य में निहित है कि प्रतिबिंब को रोकने और अधिकतम शक्ति हस्तांतरण प्राप्त करने के लिए डिजाइनर को प्रतिबाधाओं से मेल खाना चाहिए। इसकी चर्चा अगले पृष्ठ में की जाएगी।

सारांश

* एक इंटरकनेक्ट को एक ट्रांसमिशन लाइन माना जाता है जब इसकी लंबाई सिग्नल वेवलेंथ के कम से कम एक-चौथाई हो।

* समाक्षीय केबल आमतौर पर ट्रांसमिशन लाइनों के रूप में उपयोग किए जाते हैं, हालांकि पीसीबी निशान भी इस उद्देश्य की पूर्ति करते हैं। दो मानक पीसीबी ट्रांसमिशन लाइनें माइक्रोस्ट्रिप और स्ट्रिपलाइन हैं।

* पीसीबी इंटरकनेक्ट्स आम तौर पर कम होते हैं, और परिणामस्वरूप वे सिग्नल फ्रीक्वेंसी दृष्टिकोण 1 गीगाहर्ट्ज तक ट्रांसमिशन-लाइन व्यवहार का प्रदर्शन नहीं करते हैं।

* ट्रांसमिशन लाइन में करंट के वोल्टेज का अनुपात चारित्रिक प्रतिबाधा कहलाता है। यह केबल के भौतिक गुणों का एक कार्य है, हालांकि यह लंबाई से प्रभावित नहीं है, और आदर्शित (यानी दोषरहित) लाइनों के लिए यह विशुद्ध रूप से प्रतिरोधक है।

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