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Aug 18, 2023

RF démystifié

Anton Patyuchenko, ingénieur d'applications sur le terrain Réponse : Cet article présente une

Anton Patyuchenko, ingénieur d'applications sur le terrain

Répondre: Cet article présente une brève discussion pour les ingénieurs non RF sur la terminologie associée à l'une des propriétés clés inhérentes aux conceptions RF : les réflexions d'ondes. La principale différence entre les circuits ordinaires fonctionnant à basses fréquences et les circuits conçus pour les fréquences RF est leur taille électrique. Les conceptions RF peuvent avoir de nombreuses longueurs d'onde, ce qui entraîne la variation des tensions et des courants en amplitude et en phase sur les dimensions physiques de leurs éléments. Cela confère aux circuits RF un certain nombre de propriétés fondamentales1 qui sous-tendent les principes fondamentaux utilisés pour leur conception et leur analyse.Concepts de base et terminologie

Considérez une ligne de transmission, par exemple un câble coaxial ou un microruban, terminée par une charge arbitraire, et définissez les quantités d'onde a et b comme illustré à la figure 1.

Ces grandeurs d'ondes sont des amplitudes complexes des ondes de tension incidentes sur et réfléchies par cette charge. Nous pouvons maintenant utiliser ces quantités pour définir le coefficient de réflexion de tension, Γ, qui décrit le rapport de l'amplitude complexe de l'onde réfléchie à celle de l'onde incidente :

Le coefficient de réflexion peut également être exprimé en utilisant l'impédance caractéristique de la ligne de transmission Z0 et l'impédance d'entrée complexe de la charge ZL comme :

L'ingénierie RF repose généralement sur Z0 = 50 Ω, qui est un compromis entre l'atténuation du signal et la capacité de gestion de puissance qui peut être obtenue avec des lignes de transmission coaxiales. Cependant, dans certaines applications - par exemple, dans les systèmes de diffusion où les signaux RF doivent être transmis sur de plus longues distances - Z0 = 75 Ω est un choix plus courant permettant de réduire les pertes de câble.

Quelle que soit cette valeur de l'impédance caractéristique, si l'impédance de charge est la même (ZL = Z0), cette charge est dite adaptée à la ligne de transmission. Il convient de noter que cette condition n'est valide que lorsque la source du signal est adaptée à la ligne de transmission, comme le montre la figure 1, que nous supposons dans cet article. Dans ce cas, nous n'aurons pas d'ondes réfléchies (Γ = 0) et la charge recevra la puissance maximale de la source du signal, tandis que dans le cas de la réflexion totale (|Γ| = 1), aucune puissance n'est délivrée au charger du tout.

Si la charge est désadaptée (ZL ≠ Z0), elle ne recevra pas toute la puissance incidente. La "perte" de puissance correspondante est connue sous le nom de perte de réflexion (RL), qui peut être liée à l'amplitude du coefficient de réflexion à l'aide de l'équation suivante :

La perte de retour décrit un rapport entre la puissance incidente sur la charge et la puissance réfléchie par celle-ci. La perte de retour est toujours une quantité non négative qui indique dans quelle mesure la charge est adaptée à l'impédance du réseau "vu" à la charge vers la source.

Si la charge n'est pas adaptée, la présence de l'onde réfléchie conduit à des ondes stationnaires, ce qui entraîne une amplitude de tension non constante qui change avec la position le long de la ligne. La mesure utilisée pour quantifier cette inadéquation d'impédance de la ligne est appelée rapport d'ondes stationnaires (ROS) et définie comme :

Étant donné que le SWR est souvent interprété en termes de tensions maximales et minimales, cette quantité est également connue sous le nom de rapport d'ondes stationnaires de tension (VSWR). SWR est un nombre réel qui peut prendre des valeurs comprises entre 1 et l'infini, où SWR = 1 implique une charge adaptée.

Conclusion

Les circuits RF ont un certain nombre de propriétés fondamentales qui les distinguent des circuits ordinaires. La conception et l'analyse des circuits hyperfréquences nécessitent l'utilisation de concepts étendus pour résoudre les problèmes d'intérêt pratique. Cet article a présenté et discuté certains des concepts clés et de la terminologie liés à l'une des principales propriétés des systèmes RF : les réflexions d'ondes.

Analog Devices propose le plus large portefeuille de circuits intégrés RF du secteur, associé à une expertise approfondie en conception de systèmes pour répondre aux exigences les plus exigeantes dans une grande variété d'applications RF. De plus, ADI propose l'ensemble de l'écosystème, y compris des outils de conception, des modèles de simulation, des conceptions de référence, des plates-formes de prototypage rapide et un forum de discussion pour soutenir les ingénieurs RF et faciliter le processus de développement de leurs applications cibles.

Les références 1 MS Gupta. "Qu'est-ce que la RF ?" IEEE Microwave Magazine, Vol. 2, n° 4, décembre 2001. Hiebel, Michael. Fondamentaux de l'analyse de réseau vectoriel. Rohde & Schwarz, 2007. Pozar, David M. Microwave Engineering, 4e édition. Wiley, 2011.

A propos de l'auteur: Anton Patyuchenko a obtenu son Master of Science en génie des micro-ondes à l'Université technique de Munich en 2007. Après avoir obtenu son diplôme, Anton a travaillé comme scientifique au Centre aérospatial allemand (DLR). Il a rejoint Analog Devices en tant qu'ingénieur d'applications de terrain en 2015 et fournit actuellement un support d'applications de terrain aux clients stratégiques et clés d'Analog Devices spécialisés dans les applications RF. Il peut être contacté à [email protected].