اقرأ في هذا المقال
- ما هي هندسة الترددات الراديوية – Radio frequency engineering؟
- أنواع ألواح مخففة المقاومة
- تنسيقات ألواح مخففة المقاومة
- اعتبارات تصميم الموهن RF
تُستخدم ألواح مخفف المقاومة للترددات اللاسلكية في العديد من تطبيقات تصميم دوائر التردد اللاسلكي حيث يُعد تصميم دائرة التردد اللاسلكي للألواح مخففة المقاومة أمراً سهلاً للغاية ويمكن دمجها في العديد من دوائر التردد اللاسلكي بسهولة بالغة، كما تعمل مخففات التردد اللاسلكي على تقليل مستوى الإشارة ويمكن استخدام ذلك لضمان دخول مستوى إشارة الراديو الصحيح إلى كتلة دائرة أخرى مثل خلاط أو مضخم التردد اللاسلكي بحيث لا يتم تحميلها بشكل زائد.
ما هي هندسة الترددات الراديوية – Radio frequency engineering؟
هندسة الترددات الراديوية (RF): هي مجموعة فرعية من الهندسة الإلكترونية تتضمن تطبيق مبادئ خط النقل ودليل الموجة والهوائي والمجال الكهرومغناطيسي لتصميم وتطبيق الأجهزة التي تنتج أو تستخدم إشارات داخل النطاق الراديوي ونطاق التردد حوالي (20 كيلوهرتز) يصل إلى (300 جيجاهرتز).
إذا تم استخدام المكونات وتقنيات الدوائر الصحيحة، فيمكن بسهولة استخدام ألواح المخفف هذه للعمل على ترددات جيدة في منطقة جيجا هيرتز حيث تُعتبر مقاومات تقنية (Surface mount) جيدة بشكل خاص، كما توفر تقنية (PCB) الحديثة قاعدة جيدة للترددات التي تزيد عن (1 جيجاهرتز) على الرغم من أنّه قد يلزم توخي الحذر عند اختيار مادة (PCB) لأنّ بعضها قد يكون ضائعاً ويعطي أداءً غير صحيح.
أنواع ألواح مخففة المقاومة:
هناك العديد من تنسيقات تصميم الترددات الراديوية لمخففات المقاومة حيث تعمل جميعها بشكل متساوٍ، ولكن في بعض الأحيان قد تكون هناك أسباب أو تفضيلات مختلفة لاختيار نوع أو تنسيق معين لتطبيق معين لتصميم دارة (RF).
1. ألواح المخفف Pi:
إنّ لوحة المخفف (pi) لها هيكل مشابه في الشكل للحرف (Π)، كما يحتوي تنسيق الموهن (RF) على سلسلة مقاومة واحدة في خط الإشارة بين توصيلات الإدخال والإخراج حيث يتم عند كل من الإدخال والإخراج أخذ المقاوم إلى الأرض.
من خلال اختيار القيم الصحيحة للمقاومات، من الممكن تحقيق المستوى المطلوب من التوهين بالإضافة إلى الحصول على الممانعة المميزة المطلوبة، كما يجب أن تكون هذه الممانعة المميزة مقاومة بحتة قدر الإمكان لمعظم تطبيقات تصميم دوائر التردد اللاسلكي.
2. الألواح المخففة T:
من حيث الهيكل، فإنّ لوح المخفف (T) أو وسادة المخفف (Tee) هي عكس المخفف المقاوم للقسم (Pi) ولكنّها تعمل بشكل متساوٍ أيضاً، كما يحتوي هذا الشكل من مخفف التردد اللاسلكي على مقاومين متسلسلين مع بعضهما البعض بين المدخلات والمخرجات حيث يؤخذ مقاوم واحد إلى الأرض من تقاطع سلسلتين المقاومات، وبهذه الطريقة فإنّ المقاومات المتسلسلة على المدخلات والمخرجات تشكل قسم (T).
3. الألواح المخففة على شكل حرف T الموصلة:
يمكن اعتبار المخفف (T) المرتبط على أنّه مزيج من طبولوجيا الوسادة (Pi) و(T) المخفف حيث يستخدم مخفف التردد اللاسلكي المزيد من المكونات الإلكترونية، ولكنّه لا يزال يوفر مطابقة المعاوقة ومستويات الانتباه اللازمة لمعظم تطبيقات الموهن داخل تصميم دائرة التردد اللاسلكي، كما يعمل كل من تنسيق لوحة المخفف (Pi) وتنسيق وسادة (T) المخفف بشكل جيد، وغالباً ما يكون تفضيل النوع المطلوب استخدامه مسألة تفضيل شخصي للمصمم.
يتطلب تصميم التردد الراديوي عادةً رؤية نفس الممانعة عند كل من المدخلات والمخرجات، ولكن من الممكن تصميم الأقسام بحيث يكون لها مستويات مختلفة من المقاومة للمدخلات والمخرجات إذا لزم الأمر.
تنسيقات ألواح مخففة المقاومة:
1. تنسيق ألواح T المخففة:
تكون ألواح المخفف (T) على شكل حرف (T) مع مقاومين في سلسلة في خط الإشارة ومقاوم واحد على الأرض عند تقاطع سلسلتين المقاومات، وبافتراض أنّ مستويات مقاومة المدخلات والمخرجات هي نفسها، يمكن حساب قيمتي المقاوم بسهولة شديدة بمعرفة نسبة الجهد الداخل والخارج (Vin) و(Vout) على التوالي ومقاومة الخاصية (Ro).
2. تنسيق لوحة المخفف Pi:
طوبولوجيا ألواح المخفف (pi) هي في شكل الحرف اليوناني (pi) ولها مقاومة في خط واحد ومقاوم للأرض عند الإدخال والإخراج حيث يتكون قسم الموهن (RF) الأساسي من ثلاثة مقاومات وبالتالي يحتاج إلى عدد قليل جداً من المكونات الإلكترونية.
3. جسور المخفف T:
يمكن استخدام الموهن (T) الموصّل في عدد من سيناريوهات تصميم الترددات الراديوية التي يوفر لها بعض المزايا المميزة حيث يمكن اعتبار الموهن (T) الموصّل على أنّه مخفف (Pi) معدل، كما يوجد مقاوم واحد في الخط واثنان واحد في أي من الطرفين يتصل بنقطة تقاطع مشتركة تمرر الإشارة إلى الأرض عبر المقاوم الرابع.
غالباً ما تكون ألواح الموهن (T) الموصلة هي الشكل المفضل لموهنات التردد الراديوي المتغيرة، خاصةً تلك التي تستخدم صمامات ثنائية (PIN)، والسبب في ذلك أنّ ألواح الموهن (T) الموصلة لا تتطلب سوى استخدام مقاومين متغيرين مقابل المقاومات الثلاثة المطلوبة لكل من ألواح الموهن (Pi) و(T).
وهناك ميزة أخرى تتمثل في أنّه لأنّ ألواح المخففة (T) الموصلة تميل إلى مطابقة نفسها مع الممانعة المميزة (Zo)، وعند مستويات التوهين العالية يكون (R5) عند مقاومة عالية و(R6) منخفض، ووفقاً لذلك تكون قيم المقاوم السائدة عند تلك المسمى (R) والتي تساوي الممانعة المميزة.
اعتبارات تصميم الموهن RF:
1. المكونات:
يمكن أن يكون لاختيار المكونات الإلكترونية المستخدمة في بناء المخفف تأثير كبير على الأداء، وباستخدام المكونات الصحيحة في بناء المخفف فمن الممكن الحصول على مستويات أداء عالية حيث يُعد أحد المتطلبات الرئيسية هو التأكد من استخدام المقاومات غير الحثية، كما تُعتبر المقاومات المثبتة على الجزء العلوي من الدارة جيدة بشكل خاص لأنّها صغيرة ولا يتم تصنيعها باستخدام أي تقنيات قطع لولبية، وفقاً لذلك تكون مستويات الحث المشتت منخفضة جداً.
من حيث المكونات الإلكترونية التقليدية، تتوفر مجموعة متنوعة من أشكال المقاوم حيث أنّ المقاومات ذات الجرح السلكي غير مقبولة بسبب مستوياتها العالية من الحث، ولكن لأنّ العديد من الأنواع الأخرى تستخدم تقنيات القطع الحلزوني لتقليص مستويات المقاومة فقد يتم إدخال مستوى معين من المحاثة، كما يؤدي إلى بعض التأثيرات المشتتة عند الترددات الأعلى.
على الرغم من أنّ الترددات أقل من (30 ميجا هيرتز) بالتأكيد يجب أن تعمل معظم الأنواع بشكل مرضٍ، كما يمكن الحصول على المقاومات غير الحثية المتخصصة عند الحاجة إلى تشغيل بتردد أعلى واستجابات تردد مسطح ومستويات دقيقة من التوهين.
تُعتبر مقاومات تقنية التثبيت السطحي جيدة بشكل خاص لأنّ حجمها الصغير ونقص الخيوط يعني أنّها تعرض مستويات منخفضة جداً من المحاثة، ومع ذلك عند استخدام المقاومات المثبتة على الجزء العلوي من الدارة يجب توخي الحذر للتأكد من أنّ لديها قدرة معالجة طاقة كافية.
2. أقسام المخفف:
أحد العناصر الأساسية لبناء وتصميم المخفف، هو عدم محاولة تحقيق مستوى عالٍ جداً من التوهين في مرحلة واحدة، وإذا تمت محاولة مستويات عالية من التوهين في مرحلة واحدة فإنّ التأثيرات المشتتة، مثل الحث والسعة والعيوب في التأريض قد تؤدي إلى تجاوز الإشارة بفعالية للمخفف نفسه وعدم تحقيق المستوى المطلوب من التوهين بدقة.
إذا كانت هناك حاجة إلى مستويات عالية من التوهين، فمن الأفضل بكثير بناء المخفف في عدة أقسام أي متتالية بحيث يتحقق المستوى العام للتوهين على مراحل، وبهذه الطريقة فإنّ الآثار المشتتة ليست كبيرة، وفي بناء المخفف من الممارسات الجيدة عدم محاولة تحقيق أكثر من (20 ديسيبل) كحد أقصى للتوهين في أي قسم مخفف واحد، وعندما يتم ذلك يمكن دمج المقاومات المجاورة أمّا في حالة مخفف القسم (T) فإنّه يمكن إضافة مقاومات السلسلتين معاً، وبالنسبة لمخففات قسم (Pi) توجد مقاومات متوازية.
3. السعة المشتتة:
يمكن أن تكون هناك كميات صغيرة جداً من السعة المشتتة التي تحدث بين عناصر الدائرة، كما يمكن أن تُكوّن مستويات مهمة من حيث الأداء خاصةّ عندما تحدث بين مدخلات ومخرجات المخفف، والنتيجة هي تجاوز مدخلات ومخرجات المخفف أو مناطق أخرى، خاصةً عند الترددات العالية حيث من الضروري التأكد من أنّ المدخلات والمخرجات تبقى متباعدة بشكل كافٍ وأنّ السعة بينهما يتم تقليلها.
4. إضافة فرز بين الأقسام:
يجدر النظر فيما إذا كان سيتم إضافة فرز بين الأقسام المختلفة، وإذا كانت هناك إمكانية للاقتران السعوي فقد تساعد الشاشات في ضمان تحقيق المستوى المطلوب من التوهين.
5. المحاثة المشتتة:
عند بناء مخفف، يمكن لأي خيوط توفير مسار للاقتران الاستقرائي، مثل السعة وهذا مهم بشكل خاص من حيث اقتران المدخلات بالمخرجات.
6. تأريض ضعيف:
مع ارتفاع مستويات التوهين تزداد أهمية التأريض، كما يمكن أن تؤدي مستويات المقاومة إلى تسرب الإشارة حول المخفف.
7. تبديد الطاقة:
تحتاج بعض المخففات إلى تبديد مستويات الطاقة المتوسطة إلى الكبيرة، كما تحتاج الإشارة المفقودة إلى أن تتبدد قوتها داخل المقاومات، أمّا بالنسبة لتصميمات التردد اللاسلكي على مستوى الإشارة لا تُعد هذه مشكلة في معظم الحالات على الرغم من أنّ الوضع المؤقت قد يمثل مشكلة.
كما يجب اختيار المقاومات لضمان قدرتها على تبديد مستويات الطاقة المتوقعة، مع وجود هامش احتياطي للصمام أيضاً من أجل الموثوقية طويلة المدى، ومن الضروري التأكد من أنّ المقاومات تتمتع بقدرة معالجة الطاقة للمقاومات بهامش معقول على ما يمكن توقعه، ويتم الاحتفاظ بارتفاع درجة الحرارة داخل المقاومات ضمن الحدود المقبولة للمكونات الإلكترونية المستخدمة.
في كثير من النواحي، لا يوجد فرق كبير بين ضمادات المخفف (pi وT) وغالباً ما ينتج اختيار نوع ألواح المراد استخدامه عن تفضيل مهندس التصميم، كما قد ينتج عن ملاءمة القيم الناتجة عن الحسابات إذا كانت القيم من نوع واحد من الألواح المخففة قريبة بشكل ملائم من القيم القياسية أو تلك الموجودة بالفعل في التصميم، فقد يكون سبباً جيداً لاختيار (Pi) بدلاً من ألواح التوهين (T) أو العكس.
