Di sini, empat karakteristik dasar rangkaian frekuensi radio akan ditafsirkan dari empat aspek: antarmuka frekuensi radio, sinyal kecil yang diinginkan, sinyal interferensi besar, dan interferensi saluran yang berdekatan, dan faktor penting yang memerlukan perhatian khusus dalam proses desain PCB diberikan.

Antarmuka frekuensi radio simulasi rangkaian frekuensi radio

Pemancar dan penerima nirkabel secara konseptual dibagi menjadi dua bagian: frekuensi dasar dan frekuensi radio. Frekuensi dasar meliputi rentang frekuensi sinyal masukan pemancar dan rentang frekuensi sinyal keluaran penerima. Bandwidth frekuensi dasar menentukan kecepatan dasar aliran data dalam sistem. Frekuensi dasar digunakan untuk meningkatkan keandalan aliran data dan mengurangi beban yang dibebankan oleh pemancar pada media transmisi pada kecepatan transmisi data tertentu. Oleh karena itu, banyak pengetahuan teknik pemrosesan sinyal diperlukan ketika merancang rangkaian frekuensi dasar pada PCB. Rangkaian frekuensi radio pemancar dapat mengubah dan meningkatkan sinyal pita dasar yang diproses ke saluran yang ditentukan, dan menyuntikkan sinyal ini ke media transmisi. Sebaliknya, rangkaian frekuensi radio penerima dapat memperoleh sinyal dari media transmisi, dan mengubah serta mengurangi frekuensi tersebut ke frekuensi dasar.
Pemancar memiliki dua tujuan utama desain PCB: Yang pertama adalah mereka harus mengirimkan daya tertentu dengan mengonsumsi daya sesedikit mungkin. Kedua, mereka tidak dapat mengganggu pengoperasian normal transceiver di saluran yang berdekatan. Sejauh menyangkut penerima, ada tiga tujuan utama desain PCB: pertama, mereka harus mengembalikan sinyal kecil secara akurat; kedua, mereka harus mampu menghilangkan sinyal-sinyal yang mengganggu di luar saluran yang diinginkan; dan terakhir, seperti pemancar, mereka harus mengkonsumsi daya yang sangat kecil.

Sinyal interferensi besar simulasi rangkaian frekuensi radio

Penerima harus sangat sensitif terhadap sinyal kecil, bahkan ketika ada sinyal interferensi (penghalang) yang besar. Situasi ini terjadi ketika mencoba menerima sinyal transmisi yang lemah atau jarak jauh, dan pemancar kuat di dekatnya menyiarkan di saluran yang berdekatan. Sinyal yang mengganggu mungkin 60 hingga 70 dB lebih besar dari sinyal yang diharapkan, dan dapat ditutupi dalam jumlah besar selama fase masukan penerima, atau penerima dapat menghasilkan kebisingan yang berlebihan selama fase masukan untuk memblokir penerimaan sinyal normal. . Jika penerima didorong ke wilayah non-linier oleh sumber interferensi selama tahap masukan, dua masalah di atas akan terjadi. Untuk menghindari masalah ini, ujung depan receiver harus sangat linier.
Oleh karena itu, “linieritas” juga merupakan pertimbangan penting dalam desain PCB pada receiver. Karena penerima adalah rangkaian pita sempit, nonlinier diukur dengan mengukur “distorsi intermodulasi”. Ini melibatkan penggunaan dua gelombang sinus atau gelombang kosinus dengan frekuensi serupa dan terletak di pita tengah untuk menggerakkan sinyal masukan, dan kemudian mengukur produk intermodulasinya. Secara umum, SPICE adalah perangkat lunak simulasi yang memakan waktu dan biaya, karena harus melakukan banyak perhitungan loop untuk mendapatkan resolusi frekuensi yang diperlukan untuk memahami distorsi.

Sinyal kecil yang diharapkan dalam simulasi rangkaian RF

Penerima harus sangat sensitif untuk mendeteksi sinyal masukan kecil. Secara umum, daya masukan penerima bisa sekecil 1 μV. Sensitivitas penerima dibatasi oleh kebisingan yang dihasilkan oleh rangkaian masukannya. Oleh karena itu, kebisingan merupakan pertimbangan penting dalam desain PCB pada receiver. Selain itu, kemampuan memprediksi kebisingan dengan alat simulasi sangat diperlukan. Gambar 1 adalah penerima superheterodyne yang khas. Sinyal yang diterima disaring terlebih dahulu, kemudian sinyal masukan diperkuat oleh low noise amplifier (LNA). Kemudian gunakan osilator lokal pertama (LO) untuk bercampur dengan sinyal ini untuk mengubah sinyal ini menjadi frekuensi menengah (IF). Performa noise pada sirkuit front-end terutama bergantung pada LNA, mixer, dan LO. Meskipun analisis derau SPICE tradisional dapat menemukan derau LNA, hal ini tidak berguna bagi mixer dan LO, karena derau di blok ini akan sangat terpengaruh oleh sinyal LO yang besar.
Sinyal masukan yang kecil mengharuskan penerima memiliki fungsi amplifikasi yang besar, dan biasanya memerlukan penguatan sebesar 120 dB. Dengan penguatan yang tinggi, sinyal apa pun yang digabungkan dari ujung keluaran kembali ke ujung masukan dapat menyebabkan masalah. Alasan penting untuk menggunakan arsitektur penerima superheterodyne adalah bahwa ia dapat mendistribusikan penguatan dalam beberapa frekuensi untuk mengurangi kemungkinan penggandengan. Hal ini juga membuat frekuensi LO pertama berbeda dengan frekuensi sinyal input, sehingga dapat mencegah sinyal interferensi besar “terkontaminasi” ke sinyal input kecil.
Untuk alasan yang berbeda, dalam beberapa sistem komunikasi nirkabel, konversi langsung atau arsitektur homodyne dapat menggantikan arsitektur superheterodyne. Dalam arsitektur ini, sinyal masukan RF langsung dikonversi ke frekuensi dasar dalam satu langkah. Oleh karena itu, sebagian besar penguatan berada pada frekuensi dasar, dan frekuensi LO serta sinyal masukannya sama. Dalam hal ini, pengaruh sejumlah kecil penggandengan harus dipahami, dan model rinci dari “jalur sinyal menyimpang” harus dibuat, seperti: penggandengan melalui media, pin paket, dan kabel pengikat (Bondwire) antara kopling, dan kopling melalui saluran listrik.

Interferensi saluran yang berdekatan dalam simulasi rangkaian frekuensi radio

Distorsi juga memainkan peran penting dalam pemancar. Non-linearitas yang dihasilkan oleh pemancar pada rangkaian keluaran dapat menyebarkan bandwidth sinyal yang ditransmisikan pada saluran yang berdekatan. Fenomena ini disebut “pertumbuhan kembali spektral”. Sebelum sinyal mencapai power amplifier (PA) pemancar, bandwidthnya dibatasi; tetapi “distorsi intermodulasi” pada PA akan menyebabkan bandwidth meningkat lagi. Jika bandwidth ditingkatkan terlalu banyak, pemancar tidak akan mampu memenuhi kebutuhan daya saluran yang berdekatan. Faktanya, saat mentransmisikan sinyal termodulasi digital, SPICE tidak dapat digunakan untuk memprediksi pertumbuhan spektrum lebih lanjut. Karena transmisi sekitar 1.000 simbol (simbol) harus disimulasikan untuk mendapatkan spektrum yang representatif, dan gelombang pembawa frekuensi tinggi harus digabungkan, yang akan membuat analisis transien SPICE menjadi tidak praktis.