در اینجا چهار ویژگی اساسی مدارهای فرکانس رادیویی از چهار جنبه تفسیر خواهد شد: رابط فرکانس رادیویی، سیگنال مورد نظر کوچک، سیگنال تداخل بزرگ و تداخل کانال مجاور، و عوامل مهمی که نیاز به توجه ویژه در فرآیند طراحی PCB دارند، آورده شده است.

رابط فرکانس رادیویی شبیه سازی مدار فرکانس رادیویی

فرستنده و گیرنده بی سیم از نظر مفهومی به دو بخش فرکانس پایه و فرکانس رادیویی تقسیم می شوند. فرکانس اساسی شامل محدوده فرکانس سیگنال ورودی فرستنده و محدوده فرکانس سیگنال خروجی گیرنده است. پهنای باند فرکانس بنیادی نرخ اساسی جریان داده در سیستم را تعیین می کند. فرکانس پایه برای بهبود قابلیت اطمینان جریان داده و کاهش بار تحمیل شده توسط فرستنده بر رسانه انتقال تحت نرخ انتقال داده خاص استفاده می شود. بنابراین، دانش مهندسی پردازش سیگنال زیادی هنگام طراحی مدار فرکانس اساسی روی PCB مورد نیاز است. مدار فرکانس رادیویی فرستنده می تواند سیگنال باند پایه پردازش شده را به یک کانال تعیین شده تبدیل و تبدیل کند و این سیگنال را به رسانه انتقال تزریق کند. در مقابل، مدار فرکانس رادیویی گیرنده می تواند سیگنال را از رسانه انتقال دریافت کند و فرکانس را به فرکانس پایه تبدیل و کاهش دهد.
فرستنده دو هدف اصلی طراحی PCB دارد: اول این که آنها باید یک توان خاص را در حالی که کمترین توان ممکن را مصرف می کنند منتقل کنند. دوم این است که آنها نمی توانند در عملکرد عادی فرستنده گیرنده در کانال های مجاور تداخل ایجاد کنند. تا آنجا که به گیرنده مربوط می شود، سه هدف اصلی طراحی PCB وجود دارد: اول، آنها باید سیگنال های کوچک را با دقت بازیابی کنند. دوم، آنها باید بتوانند سیگنال های مزاحم خارج از کانال مورد نظر را حذف کنند. و آخر، مانند فرستنده، آنها باید برق مصرف کنند بسیار کم.

سیگنال تداخل بزرگ شبیه سازی مدار فرکانس رادیویی

گیرنده باید به سیگنال های کوچک بسیار حساس باشد، حتی زمانی که سیگنال های تداخل بزرگ (انسداد) وجود دارد. این وضعیت هنگام تلاش برای دریافت سیگنال انتقال ضعیف یا از راه دور رخ می دهد و یک فرستنده قدرتمند در نزدیکی در حال پخش در یک کانال مجاور است. سیگنال تداخل ممکن است 60 تا 70 دسی بل بزرگتر از سیگنال مورد انتظار باشد، و می تواند به مقدار زیادی در فاز ورودی گیرنده پوشش داده شود، یا گیرنده می تواند در فاز ورودی نویز بیش از حد ایجاد کند تا دریافت سیگنال های معمولی را مسدود کند. . اگر گیرنده در مرحله ورودی توسط منبع تداخل به یک منطقه غیر خطی هدایت شود، دو مشکل فوق رخ می دهد. برای جلوگیری از این مشکلات، قسمت جلویی گیرنده باید بسیار خطی باشد.
بنابراین، "خطی بودن" نیز در طراحی PCB گیرنده مهم است. از آنجایی که گیرنده یک مدار باند باریک است، غیرخطی بودن با اندازه گیری "اعوجاج بین مدولاسیون" اندازه گیری می شود. این شامل استفاده از دو موج سینوسی یا کسینوس با فرکانس‌های مشابه و واقع در باند مرکزی برای هدایت سیگنال ورودی و سپس اندازه‌گیری حاصل ضرب مدولاسیون آن است. به طور کلی، SPICE یک نرم افزار شبیه سازی وقت گیر و پرهزینه است، زیرا باید محاسبات حلقه زیادی را انجام دهد تا وضوح فرکانس مورد نیاز برای درک اعوجاج را بدست آورد.

سیگنال مورد انتظار کوچک در شبیه سازی مدار RF

گیرنده باید برای تشخیص سیگنال های ورودی کوچک بسیار حساس باشد. به طور کلی، توان ورودی گیرنده می تواند به کوچکی 1 میکروولت باشد. حساسیت گیرنده توسط نویز تولید شده توسط مدار ورودی آن محدود می شود. بنابراین، نویز یک نکته مهم در طراحی PCB گیرنده است. علاوه بر این، توانایی پیش‌بینی نویز با ابزارهای شبیه‌سازی ضروری است. شکل 1 یک گیرنده سوپرهتروداین معمولی است. سیگنال دریافتی ابتدا فیلتر می شود و سپس سیگنال ورودی توسط یک تقویت کننده کم نویز (LNA) تقویت می شود. سپس از اولین اسیلاتور محلی (LO) برای ترکیب با این سیگنال استفاده کنید تا این سیگنال به فرکانس متوسط ​​(IF) تبدیل شود. عملکرد نویز مدار جلویی عمدتاً به LNA، میکسر و LO بستگی دارد. اگرچه آنالیز سنتی نویز SPICE می تواند نویز LNA را پیدا کند، اما برای میکسر و LO بی فایده است، زیرا نویز در این بلوک ها به طور جدی تحت تأثیر سیگنال LO بزرگ قرار می گیرد.
یک سیگنال ورودی کوچک به گیرنده نیاز دارد که عملکرد تقویت عالی داشته باشد و معمولاً به بهره 120 دسی بل نیاز دارد. با چنین بهره بالایی، هر سیگنالی که از انتهای خروجی به انتهای ورودی متصل شود ممکن است مشکلاتی ایجاد کند. دلیل مهم استفاده از معماری گیرنده سوپرهتروداین این است که می تواند بهره را در چندین فرکانس توزیع کند تا شانس جفت شدن را کاهش دهد. این همچنین باعث می شود که فرکانس اولین LO با فرکانس سیگنال ورودی متفاوت باشد، که می تواند از "آلودگی" سیگنال های تداخل بزرگ به سیگنال های ورودی کوچک جلوگیری کند.
به دلایل مختلف، در برخی از سیستم های ارتباطی بی سیم، تبدیل مستقیم یا معماری هموداین می تواند جایگزین معماری سوپرهتروداین شود. در این معماری، سیگنال ورودی RF مستقیماً در یک مرحله به فرکانس اصلی تبدیل می شود. بنابراین، بیشتر بهره در فرکانس بنیادی است و فرکانس LO و سیگنال ورودی یکسان است. در این مورد، تأثیر مقدار کمی از کوپلینگ باید درک شود، و یک مدل دقیق از "مسیر سیگنال سرگردان" باید ایجاد شود، مانند: جفت شدن از طریق بستر، پین های بسته، و سیم های اتصال (Bondwire) بین کوپلینگ و کوپلینگ از طریق خط برق.

تداخل کانال مجاور در شبیه سازی مدار فرکانس رادیویی

اعوجاج نیز نقش مهمی در فرستنده دارد. غیر خطی تولید شده توسط فرستنده در مدار خروجی ممکن است پهنای باند سیگنال ارسالی را در کانال های مجاور پخش کند. این پدیده "رشد مجدد طیفی" نامیده می شود. قبل از اینکه سیگنال به تقویت کننده قدرت فرستنده (PA) برسد، پهنای باند آن محدود است. اما "اعوجاج بین مدولاسیون" در PA باعث افزایش مجدد پهنای باند می شود. اگر پهنای باند بیش از حد افزایش یابد، فرستنده نمی تواند نیازهای برق کانال های مجاور خود را برآورده کند. هنگام انتقال سیگنال های مدوله شده دیجیتالی، در واقع نمی توان از SPICE برای پیش بینی رشد بیشتر طیف استفاده کرد. زیرا انتقال حدود 1000 نماد (نماد) باید شبیه سازی شود تا یک طیف معرف به دست آید و امواج حامل فرکانس بالا با هم ترکیب شوند که تحلیل گذرا SPICE را غیرعملی می کند.