في دوائر الترددات اللاسلكية ذات النطاق العريض ودوائر الموجات الدقيقة، لا يمكن تقييم المحرِّض فقط من خلال محاثته الاسمية. عند الترددات الأعلى، قد تصبح السعة الطفيلية للمكون، ومقاومة الموصل، وهندسة التركيب، وطول الرصاص، وتردد الرنين الذاتي، والتفاعل مع خط النقل بنفس أهمية قيمة الحث المطبوعة على ورقة البيانات.

هذا هو السبب في أن مهندسي الترددات اللاسلكية غالبًا ما يستخدمون المحاثات المخروطية في شبكات النطاق العريض ومضخمات الموجات الدقيقة ووحدات اختبار التردد اللاسلكي والدوائر الأخرى التي يجب أن تحمل تيارًا مستمرًا دون إزعاج مسار إشارة التردد اللاسلكي بشكل كبير.

على عكس الملف الأسطواني التقليدي، فإن المحرِّض المخروطي له قطر ملف يتغير تدريجيًا من طرف إلى آخر. تنتج هذه الهندسة المدببة بنية كهربائية موزعة بدلاً من محاثة مثالية بسيطة. عندما يتم تصميمه وتركيبه بشكل صحيح، فإنه يمكن أن يوفر مقاومة RF مفيدة على نطاق تردد أوسع من العديد من المحاثات التقليدية ذات الهندسة الفردية.

تشرح هذه المقالة المبادئ الكهرومغناطيسية وراء المحاثات المخروطية، ودورها في شبكات Bias Tee وRF، وأهمية تردد الرنين الذاتي، وكيف يمكن استخدام معلمات S لتقييم أداء التردد العالي. تتم الإشارة إلى المحث المخروطي HALT20005 كمثال عملي للمنتج وليس كدليل على أن مكونًا واحدًا مناسبًا لكل دائرة RF.

ما هو مغو مخروطي؟

المحث المخروطي هو عبارة عن ملف هوائي يتكون في هيكل مدبب أو مخروطي الشكل. أحد طرفي الملف له قطر أصغر، في حين أن الطرف المقابل له قطر أكبر.

نظرًا لأن المكون لا يستخدم قلبًا مغناطيسيًا من الفريت أو المسحوق، فإن محاثته يتم إنتاجها بشكل أساسي بواسطة المجال المغناطيسي المحيط بالموصل. يتجنب هذا البناء الهوائي الأساسي تشبع النواة المغناطيسية ويزيل خسائر التباطؤ المرتبطة بالمواد المغناطيسية.

ومع ذلك، فإن مغو التردد الراديوي ليس مكونًا مجمعًا مثاليًا. يشمل سلوكها الكهربائي ما يلي:

· الحث المقصود

· مقاومة موصل السلسلة

· السعة بين بدوره

· السعة لثنائي الفينيل متعدد الكلور أو السكن

· محاثة الرصاص

· تأثير الجلد وفقدان تأثير القرب

· الإشعاع والاقتران بالهياكل المجاورة

وفي الترددات المنخفضة نسبيًا، قد يهيمن المصطلح الاستقرائي. مع زيادة التردد، تغير هذه التأثيرات الطفيلية تدريجيًا ممانعة المكون.

تم تحديد HALT20005 بمحاثة120 نH ±20%، أقطر السلك 0.05 ملم، الحد الأقصى الحالي200 مللي أمبير، نطاق تردد التشغيل200 ميجا هرتز إلى 40 جيجا هرتز، ونطاق درجة حرارة التشغيل-55 درجة مئوية إلى +125 درجة مئوية.

تصف هذه القيم حدود التصميم الاسمية للمنتج، لكنها لا تعني أن المكون يتصرف كمحث مثالي بقيمة 120 nH عند كل تردد من 200 ميجا هرتز إلى 40 جيجا هرتز.

لماذا تصبح نماذج الحث التقليدية غير دقيقة عند ترددات الميكروويف

بالنسبة للمحرِّض المثالي، يتم التعبير عن المفاعلة عادةً على النحو التالي:

XL=2πfLX_L=2\pi fLXL=2πfL

ووفقا لهذه المعادلة، تزداد المفاعلة الحثية مع زيادة التردد. على سبيل المثال، فإن المحرِّض المثالي بقدرة 120 nH من شأنه نظريًا أن يقدم ممانعة أكبر عند عدة جيجاهيرتز مقارنة ببضع مئات من ميجاهيرتز.

لا تستمر محاثات التردد الراديوي الحقيقية في اتباع هذه العلاقة المثالية إلى أجل غير مسمى.

تشتمل الدائرة المكافئة المبسطة عالية التردد بشكل عام على ما يلي:

· الحث LLL

· المقاومة المتسلسلة RsR_sRs

· السعة الطفيلية CpC_pCp​

توجد السعة الطفيلية بين المنعطفات، بين الملف وسطح التثبيت، وبين المكون والهياكل الموصلة المحيطة.

مع زيادة التردد، تقل المفاعلة السعوية. في نهاية المطاف، تتفاعل التأثيرات التحريضية والسعوية بقوة كافية لتكوين حالة الرنين.

ما هو تردد الرنين الذاتي لمحث الترددات اللاسلكية؟

التردد الرنين الذاتي، ويختصر عادة باسمSRF، هو التردد الذي تتوازن عنده المفاعلة الحثية الفعالة للمحرِّض والمفاعلة السعوية الطفيلية مع بعضهما البعض.أسفل SRF المهيمن الأول، يتصرف المكون بشكل عام كمحث.

بالقرب من الرنين، قد تصل ممانعتها إلى ذروتها، ويصبح المكون حساسًا للغاية لـ:

· تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور

· جهاز اختبار

· طول الرصاص

· تباعد الأرض

· المعدنية القريبة

· المواد اللاصقة والدعم

· المستوى المرجعي للمعايرة

فوق الرنين، قد لا يكون نموذج المحرِّض المجمع التقليدي كافيًا. يمكن أن يُظهر المكون سلوكًا سعويًا أو موزعًا أو متعدد الرنين.

ولهذا السبب العبارة"تردد التشغيل يصل إلى 40 جيجا هرتز"لا ينبغي تفسيرها تلقائيًا على أنها:

· يبقى الحث بالضبط 120 nH عبر النطاق بأكمله؛

· تزداد المعاوقة بشكل مستمر حتى 40 جيجا هرتز؛

· وينطبق نفس SRF في كل عملية تثبيت؛

· أداء الدائرة مستقل عن التخطيط؛

· المحث مناسب لكل تصميم 40 جيجا هرتز.

التفسير الأكثر دقة هو أن المكون قد تم تصميمه وتقييمه للاستخدام ضمن نطاق التردد العالي المحدد، في حين يجب التحقق من الملاءمة النهائية في الدائرة الفعلية للعميل وتكوين التركيب.

كيف تدعم الهندسة المخروطية أداء الترددات اللاسلكية ذات النطاق العريض

الميزة الرئيسية للشكل المخروطي هي أنه يخلق ملفًا بقطر متغير، وهندسة دوران، ومعلمات طفيلية موزعة على طوله.

إن مغو الهواء الأسطواني التقليدي له قطر موحد نسبيًا. ولذلك تميل دوراتها إلى الحصول على علاقات أكثر انتظامًا بين الحث والسعة.

اللف المخروطي مختلف. نظرًا لأن هندسته تتغير تدريجيًا من الطرف الضيق إلى الطرف العريض، فإن الأجزاء المختلفة من الملف تساهم في خصائص حثية وسعوية محلية مختلفة.

هذا لا يلغي الرنين. وبدلا من ذلك، قد تساعد الهندسة المتغيرة في توزيع سلوك الرنين عبر نطاق ترددي أوسع بدلا من تركيز جميع التأثيرات الطفيلية حول رنين واحد ضيق.

من الناحية العملية، يتصرف المكون أشبه بـهيكل الترددات اللاسلكية الموزعةمن عنصر مجمع واحد مثالي.

وهذا هو أحد الأسباب وراء اعتبار المحاثات المخروطية مناسبة لدوائر النطاق العريض التي يحتاج فيها المهندسون إلى عزل الترددات اللاسلكية بشكل مفيد على نطاق أوسع من الترددات.

الأداء الفعلي لا يزال يعتمد على:

· بدوره العد

· زاوية مخروطية

· الحد الأدنى والحد الأقصى للقطر

· قطر السلك

· بدوره التباعد

· هندسة الرصاص

· اتجاه التثبيت

· هيكل خط النقل المحيطي

لذلك، فإن كلمة "مخروطي" لا تعني تلقائيًا "أفضل". يجب أن تتطابق هندسة المكون مع عرض النطاق الترددي والتيار والمقاومة والتخطيط الميكانيكي المطلوب.

لماذا يتم استخدام المحاثات المخروطية في دوائر التحيز المحملة

أحد أهم تطبيقات المحث المخروطي عريض النطاق هوالتحيز المحملة.

Bias Tee عبارة عن شبكة ذات ثلاثة منافذ تجمع أو تفصل:

· إشارة الترددات اللاسلكية

· إمدادات التحيز العاصمة

· مسار RF-plus-DC مدمج

عادةً ما يحتوي Bias Tee المبسط على:

· مكثف في فرع الترددات اللاسلكية لمنع التيار المستمر؛

· مغو أو خنق RF في فرع DC لمنع RF ؛

· منفذ مشترك متصل بالجهاز النشط أو خط النقل.

يجب أن يسمح المحرِّض بمرور تيار التيار المستمر أثناء تقديم مقاومة عالية بما فيه الكفاية لإشارة التردد اللاسلكي. يساعد هذا على منع طاقة التردد اللاسلكي من الانتقال إلى شبكة إمداد الطاقة.

من الناحية العملية، يعد تحدي التصميم أكثر تعقيدًا من اختيار قيمة تحريضية عالية.

قد تؤدي المحاثة الاسمية الأعلى إلى تحسين المعاوقة عند الترددات المنخفضة، ولكنها يمكن أن تقدم أيضًا:

· ارتفاع السعة الطفيلية

· انخفاض SRF الأول

· مزيد من فقدان الإدراج

· أبعاد مادية أكبر

· تفاعل أقوى مع الموصلات القريبة

ولذلك فإن المحث المخروطي عريض النطاق مفيد لأن هندسته الموزعة يمكن أن تدعم اختناق التردد اللاسلكي عبر نطاق عريض مع الاستمرار في توفير مسار تيار مستمر.

بالنسبة لـ HALT20005، الحد الأقصى المحدد للتيار هو200 مللي أمبير. يجب التعامل مع هذه القيمة على أنها الحد الأقصى لتصنيف المنتج وليس كتيار موصى به لكل حالة تشغيل. ينبغي أيضًا مراعاة الارتفاع الحراري ودرجة الحرارة المحيطة وطريقة التركيب ومتطلبات موثوقية الدائرة.

كيف تساعد معلمات S في تقييم مغو مخروطي

عند ترددات الميكروويف، غالبًا ما تكون قياسات المقاومة التقليدية والمحاثة والسعة غير كافية. يستخدم المهندسون عادةً محلل شبكة متجهة للقياسمعلمات S.

تصف معلمات S كيفية انعكاس طاقة التردد اللاسلكي ونقلها عبر الشبكة.

تتضمن القياسات الأكثر صلة عادةً ما يلي:

S11: معامل انعكاس المدخلات

يشير S11 إلى مقدار الطاقة المنعكسة في منفذ الإدخال.

قد يكشف التغيير في S11 عن:

· عدم تطابق المعاوقة

· السلوك الرنان

· تفاعل لاعبا أساسيا

· التغييرات الناجمة عن اتجاه التركيب

S11 وحده لا يثبت بشكل مباشر أن المكون "جيد" أو "سيئ". يعتمد معناها على طوبولوجيا القياس والوظيفة المقصودة للمحرِّض.

S21: ناقل الحركة الأمامي

يشير S21 إلى مقدار الإشارة التي تمر من المنفذ 1 إلى المنفذ 2.

في الاختبار المتسلسل أو المبني على التركيبات، يمكن استخدام S21 لمراقبة فقدان الإرسال أو توهين الإشارة. في تقييم اختناق التردد اللاسلكي، قد يشير انخفاض الإرسال إلى الفرع غير المرغوب فيه إلى عزل أقوى للتردد اللاسلكي، لكن التفسير الدقيق يعتمد على كيفية توصيل المكون أثناء الاختبار.

لماذا يهم تركيبات الاختبار

عند عدة جيجاهيرتز، تكون الوحدة جزءًا من النظام الكهربائي المُقاس.

يمكن أن تتأثر النتيجة بما يلي:

· هندسة إطلاق الموصل

· أبعاد ميكروستريب

· الاستمرارية الأرضية

· طول وصلة اللحام

·