Εδώ, τα τέσσερα βασικά χαρακτηριστικά των κυκλωμάτων ραδιοσυχνοτήτων θα ερμηνευθούν από τέσσερις πτυχές: διεπαφή ραδιοσυχνότητας, μικρό επιθυμητό σήμα, μεγάλο σήμα παρεμβολής και παρακείμενες παρεμβολές καναλιών και οι σημαντικοί παράγοντες που χρειάζονται ιδιαίτερη προσοχή στη διαδικασία σχεδιασμού PCB.

Διεπαφή ραδιοσυχνότητας της προσομοίωσης κυκλώματος ραδιοσυχνότητας

Ο ασύρματος πομπός και ο δέκτης χωρίζονται εννοιολογικά σε δύο μέρη: συχνότητα βάσης και ραδιοσυχνότητα. Η θεμελιώδης συχνότητα περιλαμβάνει το εύρος συχνοτήτων του σήματος εισόδου του πομπού και το εύρος συχνοτήτων του σήματος εξόδου του δέκτη. Το εύρος ζώνης της θεμελιώδους συχνότητας καθορίζει το θεμελιώδες ρυθμό με τον οποίο τα δεδομένα μπορούν να ρέουν στο σύστημα. Η συχνότητα βάσης χρησιμοποιείται για τη βελτίωση της αξιοπιστίας της ροής δεδομένων και τη μείωση του φορτίου που επιβάλλεται από τον πομπό στο μέσο μετάδοσης κάτω από ένα συγκεκριμένο ρυθμό μετάδοσης δεδομένων. Επομένως, απαιτούνται πολλές γνώσεις μηχανικής επεξεργασίας σήματος κατά το σχεδιασμό ενός βασικού κυκλώματος συχνότητας σε ένα PCB. Το κύκλωμα ραδιοσυχνοτήτων του πομπού μπορεί να μετατρέψει και να μετατρέψει το σήμα επεξεργασμένου βασικού ζώνη σε ένα καθορισμένο κανάλι και να εισάγει αυτό το σήμα στο μέσο μετάδοσης. Αντίθετα, το κύκλωμα ραδιοσυχνότητας του δέκτη μπορεί να αποκτήσει το σήμα από το μέσο μετάδοσης και να μετατρέψει και να μειώσει τη συχνότητα στη βασική συχνότητα.
Ο πομπός έχει δύο κύριους στόχους σχεδιασμού PCB: ο πρώτος είναι ότι πρέπει να μεταδίδουν μια συγκεκριμένη ισχύ ενώ καταναλώνουν την ελάχιστη δυνατή ισχύ. Το δεύτερο είναι ότι δεν μπορούν να παρεμβαίνουν στην κανονική λειτουργία των πομποδέκτες σε παρακείμενα κανάλια. Όσον αφορά τον δέκτη, υπάρχουν τρεις κύριοι στόχοι σχεδιασμού PCB: Πρώτον, πρέπει να αποκαταστήσουν με ακρίβεια τα μικρά σήματα. Δεύτερον, πρέπει να είναι σε θέση να αφαιρέσουν τα παρεμβαλλόμενα σήματα εκτός του επιθυμητού καναλιού. Και τελευταίο, όπως ο πομπός, πρέπει να καταναλώνουν ισχύ πολύ μικρή.

Μεγάλο σήμα παρεμβολής προσομοίωσης κυκλώματος ραδιοσυχνότητας

Ο δέκτης πρέπει να είναι πολύ ευαίσθητος στα μικρά σήματα, ακόμη και όταν υπάρχουν μεγάλα σήματα παρεμβολής (εμπόδια). Αυτή η κατάσταση συμβαίνει όταν προσπαθεί να λάβει ένα αδύναμο σήμα μετάδοσης ή σε μεγάλες αποστάσεις και ένας ισχυρός πομπός που βρίσκεται κοντά μεταδίδεται σε ένα παρακείμενο κανάλι. Το σήμα παρεμβολής μπορεί να είναι 60 έως 70 dB μεγαλύτερο από το αναμενόμενο σήμα και μπορεί να καλυφθεί σε μεγάλη ποσότητα κατά τη διάρκεια της φάσης εισόδου του δέκτη ή ο δέκτης μπορεί να παράγει υπερβολικό θόρυβο κατά τη διάρκεια της φάσης εισόδου για να εμποδίσει την λήψη κανονικών σημάτων. Εάν ο δέκτης οδηγείται σε μια μη γραμμική περιοχή από την πηγή παρεμβολής κατά τη διάρκεια του σταδίου εισόδου, θα προκύψουν τα παραπάνω δύο προβλήματα. Για να αποφευχθούν αυτά τα προβλήματα, το μπροστινό άκρο του δέκτη πρέπει να είναι πολύ γραμμική.
Ως εκ τούτου, η "γραμμικότητα" είναι επίσης ένα σημαντικό θέμα στο σχεδιασμό PCB του δέκτη. Δεδομένου ότι ο δέκτης είναι ένα κύκλωμα στενής ζώνης, η μη γραμμικότητα μετράται με τη μέτρηση της "παραμόρφωσης των διατροπών". Αυτό περιλαμβάνει τη χρήση δύο ημιτονοειδών κυμάτων ή κυμάτων συνημίτονου με παρόμοιες συχνότητες και βρίσκεται στην κεντρική ζώνη για να οδηγήσει το σήμα εισόδου και στη συνέχεια να μετρήσει το προϊόν της διατομής του. Σε γενικές γραμμές, το SPICE είναι ένα χρονοβόρο λογισμικό προσομοίωσης με ένταση κόστους, επειδή πρέπει να εκτελέσει πολλούς υπολογισμούς βρόχου για να πάρει την απαιτούμενη ανάλυση συχνότητας για να κατανοήσει τη παραμόρφωση.

Μικρό αναμενόμενο σήμα σε προσομοίωση κυκλώματος RF

Ο δέκτης πρέπει να είναι πολύ ευαίσθητος στην ανίχνευση μικρών σημάτων εισόδου. Σε γενικές γραμμές, η ισχύς εισόδου του δέκτη μπορεί να είναι τόσο μικρή όσο 1 μV. Η ευαισθησία του δέκτη περιορίζεται από τον θόρυβο που παράγεται από το κύκλωμα εισόδου του. Ως εκ τούτου, ο θόρυβος αποτελεί σημαντικό θέμα στο σχεδιασμό PCB του δέκτη. Επιπλέον, η δυνατότητα πρόβλεψης θορύβου με εργαλεία προσομοίωσης είναι απαραίτητη. Το σχήμα 1 είναι ένας τυπικός δέκτης supertheterodyne. Το ληφθέν σήμα φιλτράρεται πρώτα και στη συνέχεια το σήμα εισόδου ενισχύεται από έναν ενισχυτή χαμηλού θορύβου (LNA). Στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε τον πρώτο τοπικό ταλαντωτή (LO) για να αναμίξετε με αυτό το σήμα για να μετατρέψετε αυτό το σήμα σε μια ενδιάμεση συχνότητα (IF). Η απόδοση του θορύβου του κύκλου μπροστινού άκρου εξαρτάται κυρίως από το LNA, το μίξερ και το LO. Αν και η παραδοσιακή ανάλυση θορύβου μπαχαρικών μπορεί να βρει το θόρυβο του LNA, είναι άχρηστο για το μίξερ και το LO, επειδή ο θόρυβος σε αυτά τα μπλοκ θα επηρεαστεί σοβαρά από το μεγάλο σήμα LO.
Ένα μικρό σήμα εισόδου απαιτεί από τον δέκτη να έχει μια μεγάλη λειτουργία ενίσχυσης και συνήθως απαιτεί κέρδος 120 dB. Με τόσο υψηλό κέρδος, κάθε σήμα που συνδυάζεται από το άκρο εξόδου πίσω στο άκρο εισόδου μπορεί να προκαλέσει προβλήματα. Ο σημαντικός λόγος για τη χρήση της αρχιτεκτονικής του δέκτη Supertheterodyne είναι ότι μπορεί να διανείμει το κέρδος σε διάφορες συχνότητες για να μειώσει την πιθανότητα σύζευξης. Αυτό κάνει επίσης τη συχνότητα του πρώτου LO να διαφέρει από τη συχνότητα του σήματος εισόδου, το οποίο μπορεί να εμποδίσει τα μεγάλα σήματα παρεμβολής να "μολυνθούν" σε μικρά σήματα εισόδου.
Για διάφορους λόγους, σε ορισμένα συστήματα ασύρματης επικοινωνίας, η άμεση μετατροπή ή η αρχιτεκτονική Homodyne μπορούν να αντικαταστήσουν την αρχιτεκτονική υπερθερητικών. Σε αυτήν την αρχιτεκτονική, το σήμα εισόδου RF μετατρέπεται απευθείας στη θεμελιώδη συχνότητα σε ένα μόνο βήμα. Επομένως, το μεγαλύτερο μέρος του κέρδους είναι στη θεμελιώδη συχνότητα και η συχνότητα του LO και του σήματος εισόδου είναι η ίδια. Σε αυτή την περίπτωση πρέπει να γίνει κατανοητή η επίδραση μιας μικρής ποσότητας σύζευξης και πρέπει να καθοριστεί ένα λεπτομερές μοντέλο της "αδέσποτης διαδρομής σήματος", όπως: η σύζευξη μέσω του υποστρώματος, των ακίδων συσκευασίας και των καλωδίων σύνδεσης (Bondwire) μεταξύ της σύζευξης και της σύζευξης μέσω της γραμμής ρεύματος.

Παρακείμενη παρεμβολή καναλιών σε προσομοίωση κυκλώματος ραδιοσυχνότητας

Η παραμόρφωση διαδραματίζει επίσης σημαντικό ρόλο στον πομπό. Η μη γραμμικότητα που παράγεται από τον πομπό στο κύκλωμα εξόδου μπορεί να διαδώσει το εύρος ζώνης του μεταδιδόμενου σήματος σε παρακείμενα κανάλια. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται "φασματική ανατροπή". Πριν το σήμα φτάσει στον ενισχυτή ισχύος του πομπού (PA), το εύρος ζώνης του είναι περιορισμένο. Αλλά η "παραμόρφωση των διατροπών" στην ΠΑ θα προκαλέσει την αύξηση του εύρους ζώνης. Εάν το εύρος ζώνης αυξάνεται πάρα πολύ, ο πομπός δεν θα είναι σε θέση να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις ισχύος των παρακείμενων καναλιών του. Κατά τη μετάδοση ψηφιακά διαμορφωμένων σημάτων, στην πραγματικότητα, το Spice δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πρόβλεψη της περαιτέρω ανάπτυξης του φάσματος. Επειδή η μετάδοση περίπου 1.000 συμβόλων (σύμβολο) πρέπει να προσομοιωθεί για να ληφθεί ένα αντιπροσωπευτικό φάσμα και τα κύματα φορέα υψηλής συχνότητας πρέπει να συνδυαστούν, τα οποία θα κάνουν την μεταβατική ανάλυση Spice μη πρακτική.