Tutaj cztery podstawowe cechy obwodów częstotliwości radiowej zostaną zinterpretowane z czterech aspektów: interfejs częstotliwości radiowej, mały sygnał pożądany, duży sygnał zakłócający i zakłócenia sąsiedniego kanału, a także podano ważne czynniki, które wymagają szczególnej uwagi w procesie projektowania PCB.

Interfejs częstotliwości radiowej do symulacji obwodu częstotliwości radiowej

Bezprzewodowy nadajnik i odbiornik są koncepcyjnie podzielone na dwie części: częstotliwość bazową i częstotliwość radiową. Częstotliwość podstawowa obejmuje zakres częstotliwości sygnału wejściowego nadajnika i zakres częstotliwości sygnału wyjściowego odbiornika. Szerokość pasma częstotliwości podstawowej określa podstawową szybkość przepływu danych w systemie. Częstotliwość bazowa służy do poprawy niezawodności strumienia danych i zmniejszenia obciążenia, jakie nadajnik wywiera na medium transmisyjne przy określonej prędkości transmisji danych. Dlatego przy projektowaniu obwodu częstotliwości podstawowej na płytce drukowanej wymagana jest duża wiedza z zakresu inżynierii przetwarzania sygnałów. Obwód częstotliwości radiowej nadajnika może konwertować i konwertować w górę przetworzony sygnał pasma podstawowego na wyznaczony kanał i wprowadzać ten sygnał do medium transmisyjnego. Wręcz przeciwnie, obwód częstotliwości radiowej odbiornika może uzyskać sygnał z medium transmisyjnego oraz przekształcić i zmniejszyć częstotliwość do częstotliwości podstawowej.
Nadajnik ma dwa główne cele przy projektowaniu płytek PCB: po pierwsze, musi transmitować określoną moc, zużywając przy tym możliwie najmniejszą moc. Po drugie, nie mogą zakłócać normalnej pracy transceiverów w sąsiednich kanałach. Jeśli chodzi o odbiornik, istnieją trzy główne cele projektu PCB: po pierwsze, muszą one dokładnie odtwarzać małe sygnały; po drugie, muszą być w stanie usunąć sygnały zakłócające poza żądanym kanałem; i wreszcie, podobnie jak nadajnik, muszą zużywać energię. Bardzo małe.

Duży sygnał zakłócający symulacji obwodu częstotliwości radiowej

Odbiornik musi być bardzo czuły na małe sygnały, nawet jeśli występują duże sygnały zakłócające (przeszkody). Taka sytuacja ma miejsce, gdy próbujemy odebrać słaby lub dalekosiężny sygnał transmisji, a potężny nadajnik w pobliżu nadaje na sąsiednim kanale. Sygnał zakłócający może być od 60 do 70 dB większy od sygnału oczekiwanego i może zostać pokryty w dużej ilości w fazie wejściowej odbiornika lub odbiornik może generować nadmierny szum w fazie wejściowej, blokując odbiór normalnych sygnałów . Jeżeli odbiornik zostanie wprowadzony w obszar nieliniowy przez źródło zakłóceń na etapie wejściowym, pojawią się dwa powyższe problemy. Aby uniknąć tych problemów, przód odbiornika musi być bardzo liniowy.
Dlatego też „liniowość” jest również ważnym czynnikiem przy projektowaniu PCB odbiornika. Ponieważ odbiornik jest obwodem wąskopasmowym, nieliniowość mierzy się poprzez pomiar „zniekształceń intermodulacyjnych”. Polega to na wykorzystaniu dwóch fal sinusoidalnych lub fal cosinusoidalnych o podobnych częstotliwościach, znajdujących się w paśmie środkowym, do wysterowania sygnału wejściowego, a następnie zmierzeniu iloczynu jego intermodulacji. Ogólnie rzecz biorąc, SPICE jest czasochłonnym i kosztownym oprogramowaniem symulacyjnym, ponieważ musi wykonać wiele obliczeń pętli, aby uzyskać wymaganą rozdzielczość częstotliwości i zrozumieć zniekształcenia.

Mały oczekiwany sygnał w symulacji obwodu RF

Odbiornik musi być bardzo czuły, aby wykryć małe sygnały wejściowe. Ogólnie rzecz biorąc, moc wejściowa odbiornika może wynosić zaledwie 1 μV. Czułość odbiornika jest ograniczona przez szum generowany przez jego obwód wejściowy. Dlatego też hałas jest ważnym czynnikiem przy projektowaniu PCB odbiornika. Ponadto niezbędna jest umiejętność przewidywania hałasu za pomocą narzędzi symulacyjnych. Rysunek 1 przedstawia typowy odbiornik superheterodynowy. Odebrany sygnał jest najpierw filtrowany, a następnie sygnał wejściowy jest wzmacniany przez wzmacniacz niskoszumowy (LNA). Następnie użyj pierwszego lokalnego oscylatora (LO), aby wymieszać z tym sygnałem i przekonwertować ten sygnał na częstotliwość pośrednią (IF). Poziom szumów obwodu czołowego zależy głównie od LNA, miksera i LO. Chociaż tradycyjna analiza szumu SPICE może znaleźć szum LNA, jest ona bezużyteczna dla miksera i LO, ponieważ duży sygnał LO poważnie wpływa na szum w tych blokach.
Mały sygnał wejściowy wymaga, aby odbiornik miał dużą funkcję wzmocnienia i zwykle wymaga wzmocnienia o 120 dB. Przy tak dużym wzmocnieniu każdy sygnał podłączony od końca wyjściowego z powrotem do wejścia może powodować problemy. Ważnym powodem stosowania architektury odbiornika superheterodynowego jest to, że może ona rozdzielać wzmocnienie na kilka częstotliwości, aby zmniejszyć ryzyko sprzężenia. To również sprawia, że ​​częstotliwość pierwszego LO różni się od częstotliwości sygnału wejściowego, co może zapobiegać „zanieczyszczaniu” dużych sygnałów zakłócających małymi sygnałami wejściowymi.
Z różnych powodów w niektórych systemach komunikacji bezprzewodowej architektura superheterodynowa może zastąpić bezpośrednią konwersję lub architekturę homodynową. W tej architekturze sygnał wejściowy RF jest bezpośrednio konwertowany w jednym kroku na częstotliwość podstawową. Dlatego większość wzmocnienia występuje w częstotliwości podstawowej, a częstotliwość LO i sygnał wejściowy są takie same. W takim przypadku należy zrozumieć wpływ niewielkiej ilości sprzężenia i ustalić szczegółowy model „ścieżki sygnału błądzącego”, taki jak: sprzężenie przez podłoże, kołki pakietu i przewody łączące (Bondwire) pomiędzy sprzęgło i sprzęgło poprzez linię energetyczną.

Zakłócenia sąsiedniego kanału w symulacji obwodu częstotliwości radiowej

Zniekształcenia również odgrywają ważną rolę w nadajniku. Nieliniowość generowana przez nadajnik w obwodzie wyjściowym może powodować rozproszenie szerokości pasma nadawanego sygnału w sąsiednich kanałach. Zjawisko to nazywane jest „odrostem widmowym”. Zanim sygnał dotrze do wzmacniacza mocy nadajnika (PA), jego szerokość pasma jest ograniczona; ale „zniekształcenie intermodulacyjne” w systemie PA spowoduje ponowne zwiększenie szerokości pasma. Jeżeli szerokość pasma zostanie zbyt mocno zwiększona, nadajnik nie będzie w stanie sprostać wymaganiom mocy sąsiadujących kanałów. W rzeczywistości podczas przesyłania sygnałów modulowanych cyfrowo SPICE nie może być używany do przewidywania dalszego wzrostu widma. Ponieważ w celu uzyskania reprezentatywnego widma należy symulować transmisję około 1000 symboli (symbolów), należy połączyć fale nośne o wysokiej częstotliwości, co sprawi, że analiza stanów przejściowych SPICE będzie niepraktyczna.