در مدارهای RF پهن باند و مایکروویو، یک محرک نمی تواند فقط با محرک نامی آن ارزیابی شود. در فرکانس های بالاتر، ظرفیت انگل بخش، مقاومت هادی،هندسه نصب، طول سرب، فرکانس خود-رایزون و تعامل با خط انتقال ممکن است به اندازه ارزش حثیت چاپ شده بر روی صفحه داده مهم باشد.

به همین دلیل است که مهندسان RF اغلب از محرک های مخروطی در شبکه های تعصب پهن باند، تقویت کننده های مایکروویو، ماژول های آزمایش RF،و مدارهای دیگر که باید جریان ثابت را بدون اختلال قابل توجهی در مسیر سیگنال RF حمل کنند.

برخلاف یک کویل استوانه ای معمولی، یک محرک مخروطی دارای قطر پیچ و تاب است که به تدریج از یک انتهای به انتهای دیگر تغییر می کند.این هندسه مخروط به جای یک انندکتانس ایده آل ساده یک ساختار الکتریکی توزیع شده تولید می کندهنگامی که به درستی طراحی و نصب می شود، می تواند مانع RF مفید را در محدوده فرکانس گسترده تری نسبت به بسیاری از محرک های تک هندسی معمولی فراهم کند.

این مقاله اصول الکترومغناطیسی را در پشت محرک های مخروطی، نقش آنها در شبکه های Bias Tee و RF Bias، اهمیت فرکانس خودرنسی،و چگونگی استفاده از پارامترهای S برای ارزیابی عملکرد فرکانس بالاهالت20005 محرک مخروطی به عنوان یک مثال عملی محصول به جای به عنوان اثبات اینکه یک جزء برای هر مدار RF مناسب است اشاره شده است.

یک محرک مخروطی چیست؟

یک محرک مخروطی یک پیچ هسته هوا است که به یک ساختار مخروطی شکل گرفته است. یک انتهای پیچ قطر کوچکتر دارد، در حالی که انتهای مقابل قطر بیشتری دارد.

از آنجا که این قطعه از هسته مغناطیسی فرایت یا پودری استفاده نمی کند، محرک آن عمدتاً توسط میدان مغناطیسی اطراف هادی تولید می شود.این ساخت هسته هوا از اشباع هسته مغناطیسی جلوگیری می کند و از دست دادن هایسترز مرتبط با مواد مغناطیسی را از بین می برد.

با این حال ، یک محرک RF یک قطعه ی جمع شده ایده آل نیست. رفتار الکتریکی آن شامل:

· استحکامات مورد نظر

· مقاومت راننده سری

· ظرفیت بین چرخش

· ظرفیت به PCB یا خانه

· نفوذ سرب

· از دست دادن اثر پوست و اثر نزدیکی

· تشعشع و اتصال به سازه های مجاور

در فرکانس های نسبتاً پایین، اصطلاح تحرک ممکن است غالب باشد. با افزایش فرکانس، این اثرات انگل به تدریج مانع جزء را تغییر می دهند.

HALT20005 با یک محرک مشخص شده120 nH ±20٪، a0قطر سیم:.05 میلی متر، حداکثر جریان200 mA، محدوده فرکانس کار200 مگاهرتز تا 40 گگاهرتز، و محدوده دمای عملیاتی-55°C تا +125°C.

این مقادیر محدودیت های طراحی اسمی محصول را توصیف می کنند، اما به این معنی نیست که قطعه به عنوان یک محرک 120 nH کامل در هر فرکانس از 200 MHz تا 40 GHz رفتار می کند.

چرا مدلهای متعارف محرک در فرکانس های مایکروویو نادرست می شوند

برای یک محرک ایده آل، واکنش پذیری معمولاً به صورت زیر بیان می شود:

XL=2πfLX_L=2\pi fLXL =2πfL

بر اساس این معادله، واکنش تحرک با افزایش فرکانس افزایش می یابد. به عنوان مثال،یک محرک ایده آل 120 nH از نظر تئوری دارای مقاومت بیشتری در چندین گیگاهرتز نسبت به چند صد مگاهرتز خواهد بود.

محرک های RF واقعی این رابطه ایده آل را تا ابد دنبال نمی کنند.

یک مدار معادل فرکانس بالا ساده به طور کلی شامل:

· حثیت LLL

· مقاومت سری RsR_sRs

· ظرفیت انگل CpC_pCp

ظرفیت انگل بین پیچ ها، بین پیچ و سطح نصب و بین قطعه و سازه های رسانا اطراف وجود دارد.

با افزایش فرکانس، واکنش ظرفیت کاهش می یابد. در نهایت، اثرات تحرک و ظرفیت به اندازه کافی قوی برای ایجاد یک حالت رزونانس تعامل می کنند.

فرکانس خود-رایزوناتور یک محرک RF چیست؟

درفرکانس خودسازنده، معمولاً به اختصارSRF، فرکانسی است که در آن رآکتانس موثر induktive و رآکتانس ظرفیتک پارازیت به یکدیگر تعادل می دهند.در زیر اولین SRF غالب، جزء به طور کلی عمدتا به عنوان یک محرک رفتار می کند.

نزدیک به رزونانس، مقاومت آن ممکن است به اوج خود برسد و قطعه به شدت حساس به:

· طرح PCB

· تجهیزات آزمایش

· طول سرب

· فاصله زمین

· فلز نزديک

· مواد چسب و پشتیبانی

· سطح مرجع کالیبراسیون

بالاتر از رزونانس، یک مدل induktor دسته بندی شده ممکن است دیگر کافی نباشد. این جزء می تواند رفتار ظرفیت، توزیع شده یا چند رزونانت را نشان دهد.

به همین دلیل، عبارتفرکانس عملیاتی تا 40 گیگاهرتزنباید به طور خودکار به این معنا تفسیر شود:

· استحکام دقیقاً 120 nH در کل باند باقی می ماند.

· مقاومت به طور مداوم تا 40 گیگاهرتز افزایش می یابد.

· در هر تاسیسات یک SRF یکسان اعمال می شود.

· عملکرد مدار مستقل از طرح است.

· محرک برای هر طراحی ۴۰ گیگاهرتز مناسب است.

تفسیر دقیق تر این است که قطعه برای استفاده در محدوده فرکانس بالا طراحی و ارزیابی شده است.در حالی که مناسب بودن نهایی باید در مدار و پیکربندی نصب واقعی مشتری بررسی شود.

چگونه هندسه مخروطی از عملکرد RF پهن باند پشتیبانی می کند

مزیت اصلی شکل مخروطی این است که باعث ایجاد یک پیچ با تغییر قطر، هندسه چرخش و توزیع پارامترهای انگل در امتداد طول آن می شود.

یک استوانه ای معمولی دارای قطر نسبتا یکنواخت است. بنابراین چرخش آن تمایل به داشتن روابط یکنواخت در مورد استوانه و ظرفیت دارد.

پیچش مخروطی متفاوت است چون هندسه آن به تدریج از انتهای باریک به انتهای گسترده تغییر می کندبخش های مختلف کویل ویژگی های مختلف محلی و ظرفیت را به خود اختصاص می دهند..

این رزنشن را از بین نمی برد.تغییر هندسه ممکن است به توزیع رفتار رزونانس در یک محدوده فرکانس گسترده تر کمک کند به جای تمرکز تمام اثرات انگل در اطراف یک رزونانس باریک.

از نظر عملی، این قطعه بیشتر شبیه یکساختار RF توزیع شدهاز یک عنصر کامل واحد.

این یکی از دلایلی است که محرک های مخروطی برای مدارهای پهن باند در نظر گرفته می شوند که در آن مهندسان به انزوا RF مفید در طیف گسترده تری از فرکانس ها نیاز دارند.

عملکرد واقعی هنوز هم به این بستگی دارد:

· شمارش چرخش

· زاویه مخروط

· حداقل و حداکثر قطر

· قطر سیم

· فاصله چرخش

· هندسه سرب

· جهت گیری نصب

· ساختار خطوط حمل و نقل اطراف

بنابراین، ′′conical ′′ به طور خودکار به معنی ′′بهتر نیست. ′′ هندسه قطعات باید با پهنای باند، جریان، مقاومت و طرح مکانیکی مورد نیاز مطابقت داشته باشد.

چرا محرک های مخروطی در مدارهای Bias Tee استفاده می شوند

یکی از مهمترین کاربردهای یک محرک مخروطی پهن باندتی بیاس.

یک Bias Tee یک شبکه سه پورت است که ترکیب یا جدا کردن:

· سیگنال RF

· یک منبع تعصب DC

· یک مسیر ترکیبی RF + DC

یک تی بیاس ساده معمولا شامل:

· یک خازن در شاخه RF برای مسدود کردن DC؛

· یک محرک یا خفه کننده RF در شاخه DC برای مسدود کردن RF؛

· یک پورت مشترک متصل به دستگاه فعال یا خط انتقال.

محرک باید اجازه دهد که جریان DC عبور کند در حالی که مانع به اندازه کافی بالا را به سیگنال RF ارائه می دهد. این به جلوگیری از انرژی RF از سفر به شبکه تامین برق کمک می کند.

در عمل، چالش طراحی پیچیده تر از انتخاب یک مقدار بالا استحکام است.

یک استحکام اسمی بالاتر ممکن است مانع را در فرکانس های پایین تر بهبود بخشد، اما همچنین می تواند:

· ظرفیت پارازیت بالاتر

· یک SRF اول پایین تر

· از دست دادن ورودی بیشتر

· ابعاد فیزیکی بزرگتر

· تعامل قوی تر با هادی های نزدیک

بنابراین یک محرک مخروطی پهن باند مفید است زیرا هندسه توزیع شده آن می تواند از خفه شدن RF در یک باند گسترده پشتیبانی کند در حالی که هنوز مسیر جریان مستقیم را فراهم می کند.

برای HALT20005، حداکثر جریان مشخص شده:200 mA. این مقدار باید به عنوان حداکثر امتیاز محصول به جای یک جریان توصیه شده برای هر شرایط عملیاتی در نظر گرفته شود. افزایش حرارتی، دمای محیط، روش نصب،و الزامات قابلیت اطمینان مدار نیز باید در نظر گرفته شود..

چگونه پارامترهای S به ارزیابی یک محرک مخروطی کمک می کنند

در فرکانس های مایکروویو، اندازه گیری های مقاومتی، استحکام و ظرفیت معمولی اغلب ناکافی است. مهندسان معمولا از یک تحلیلگر شبکه بردار برای اندازه گیریپارامترهای S.

پارامترهای S توصیف می کنند که چگونه انرژی RF از طریق یک شبکه منعکس و منتقل می شود.

مهمترین اندازه گیری ها معمولاً عبارتند از:

S11: ضریب بازتاب ورودی

S11 نشان می دهد که چه مقدار انرژی در پورت ورودی منعکس می شود.

تغییر در S11 ممکن است نشان دهد:

· عدم تطابق مقاومت

· رفتار رژاندن

· تعامل دستگاه

· تغییرات ناشی از جهت گیری نصب

S11 به تنهایی به طور مستقیم ثابت نمی کند که یک مولفه خوب یا بد است. معنی آن به توپولوژی اندازه گیری و عملکرد مورد نظر induktor بستگی دارد.

S21: انتقال به جلو

S21 نشان می دهد که چه مقدار سیگنال از پورت 1 به پورت 2 عبور می کند.

در یک آزمایش مبتنی بر سری یا لامپ، S21 می تواند برای مشاهده از دست دادن انتقال یا کاهش سیگنال استفاده شود.انتقال پایین تر به شاخه ناخواسته ممکن است نشان دهنده جداسازی RF قوی تر باشد، اما تفسیر دقیق بستگی به چگونگی اتصال قطعه در طول آزمایش دارد.

چرا تنظیمات آزمون اهمیت دارد

در چندین گیگاهرتز، لامپ بخشی از سیستم الکتریکی اندازه گیری شده است.

نتایج ممکن است تحت تاثیر موارد زیر باشد:

· هندسه پرتاب کانکتور

· ابعاد نوار کوچک

· تداوم زمین

· طول جفت جوش

· کیفیت کالیبراسیون

·