تصف هذه المقالة تصميم محول الترددات الراديوية (RF)، بالإضافة إلى مخططات كتلية، وتصف تصميم محول الترددات الراديوية الصاعد ومحول الترددات الراديوية الهابط. كما تذكر مكونات التردد المستخدمة في محول الترددات هذا في النطاق C. يُنفذ التصميم على لوحة ميكروستريب باستخدام مكونات ترددات راديوية منفصلة، مثل خلاطات الترددات الراديوية، والمذبذبات المحلية، ودوائر MMIC، والمُركِّبات، ومذبذبات OCXO المرجعية، ووسادات التوهين، وغيرها.
تصميم محول التردد اللاسلكي
يشير مُحوّل التردد اللاسلكي (RF) إلى تحويل التردد من قيمة إلى أخرى. يُعرف الجهاز الذي يُحوّل التردد من قيمة منخفضة إلى قيمة عالية باسم "محوّل الرفع". ولأنه يعمل على ترددات الراديو، يُعرف باسم "محوّل الرفع اللاسلكي". تُحوّل وحدة "محوّل الرفع اللاسلكي" هذه ترددات التردد المتوسط (IF) في نطاق 52 إلى 88 ميجاهرتز تقريبًا إلى ترددات تردد لاسلكي (RF) تتراوح بين 5925 و6425 جيجاهرتز تقريبًا. ولذلك، تُعرف باسم "محوّل الرفع للنطاق C". ويُستخدم كجزء من جهاز الإرسال والاستقبال اللاسلكي المُستخدم في أجهزة VSAT المُستخدمة في تطبيقات الاتصالات عبر الأقمار الصناعية.
الشكل 1: مخطط كتلة محول التردد اللاسلكي العلوي
دعونا نرى تصميم جزء محول RF Up مع دليل خطوة بخطوة.
الخطوة 1: تعرف على الخلاطات، والمذبذب المحلي، و MMICs، والمركب، ومذبذب OCXO المرجعي، ووسادات التوهين المتوفرة بشكل عام.
الخطوة 2: قم بحساب مستوى الطاقة في مراحل مختلفة من التشكيلة وخاصة عند مدخل MMICs بحيث لا يتجاوز نقطة ضغط الجهاز 1 ديسيبل.
الخطوة 3: تصميم وتركيب مرشحات Micro strip المناسبة في مراحل مختلفة لتصفية الترددات غير المرغوب فيها بعد الخلاطات في التصميم بناءً على جزء نطاق التردد الذي تريد تمريره.
الخطوة 4: أجرِ المحاكاة باستخدام جهاز ميكروويف أو جهاز Agilent HP EEsof، مع مراعاة عرض الموصلات المناسب في أماكن مختلفة من لوحة الدوائر المطبوعة، وذلك لاختيار العازل المطلوب لتردد الموجة الحاملة للترددات الراديوية. لا تنسَ استخدام مادة عازلة كغلاف أثناء المحاكاة. تحقق من معلمات S.
الخطوة 5: قم بتصنيع PCB ولحام المكونات المشتراة ولحامها.
كما هو موضح في الرسم التخطيطي للشكل 1، يلزم استخدام وسادات التوهين المناسبة إما بمقدار 3 ديسيبل أو 6 ديسيبل بينهما للعناية بنقطة ضغط 1 ديسيبل للأجهزة (MMICs والخلاطات).
يجب استخدام مذبذب محلي ومُركِّب ترددات مناسبة. لتحويل التردد من 70 ميجاهرتز إلى نطاق C، يُنصح باستخدام مُذبذب محلي بتردد 1112.5 ميجاهرتز ومُركِّب ترددات 4680-5375 ميجاهرتز. القاعدة العامة لاختيار المُخَلِّط هي أن تكون طاقة المُخَلِّط المحلي أكبر بمقدار 10 ديسيبل من أعلى مستوى إشارة دخل عند P1dB. شبكة GCN هي شبكة تحكم في الكسب مصممة باستخدام مُوَهِّنات ثنائيات PIN التي تُغيِّر التوهين بناءً على الجهد التناظري. تذكر استخدام مرشحات تمرير النطاق والتمرير المنخفض عند الحاجة لتصفية الترددات غير المرغوب فيها وتمرير الترددات المطلوبة.
تصميم محول الترددات الراديوية لأسفل
يُطلق على الجهاز الذي يُحوّل التردد من قيمة عالية إلى قيمة منخفضة اسم مُحوّل خفض التردد. ولأنه يعمل على ترددات الراديو، يُعرف باسم مُحوّل خفض الترددات اللاسلكية. لنستعرض تصميم مُحوّل خفض الترددات اللاسلكية مع دليل خطوة بخطوة. يُحوّل هذا المُحوّل الترددات اللاسلكية ترددات الراديو في النطاق من 3700 إلى 4200 ميجاهرتز إلى ترددات وسيطة في النطاق من 52 إلى 88 ميجاهرتز. ولذلك يُعرف باسم مُحوّل خفض الترددات في النطاق C.
الشكل 2: مخطط كتلة محول التردد اللاسلكي للأسفل
يوضح الشكل 2 مخططًا كتليًا لمحول خفض الترددات في النطاق C باستخدام مكونات الترددات الراديوية. لنلقِ نظرة على تصميم محول خفض الترددات الراديوية مع دليل خطوة بخطوة.
الخطوة 1: تم اختيار خلاطي تردد لاسلكي (RF) وفقًا لتصميم هيتيروداين، والذي يحول ترددات التردد اللاسلكي من نطاق 4 جيجاهرتز إلى 1 جيجاهرتز، ومن نطاق 1 جيجاهرتز إلى 70 ميجاهرتز. خلاط التردد اللاسلكي المستخدم في التصميم هو MC24M، وخلاط التردد المتوسط (IF) هو TUF-5H.
الخطوة الثانية: صُممت المرشحات المناسبة للاستخدام في مراحل مختلفة من مُحوِّل الترددات الراديوية الهابط. وتشمل هذه المرشحات مرشحات BPF بترددات تتراوح بين 3700 و4200 ميجاهرتز، ومرشحات BPF بترددات تتراوح بين 1042.5 و18 ميجاهرتز، ومرشحات LPF بترددات تتراوح بين 52 و88 ميجاهرتز.
الخطوة 3: تُستخدم دوائر تضخيم MMIC ووسادات التوهين في الأماكن المناسبة، كما هو موضح في الرسم التخطيطي، لتلبية مستويات الطاقة عند مدخل ومخرج الأجهزة. ويتم اختيارها وفقًا لمتطلبات الكسب ونقطة الضغط البالغة 1 ديسيبل لمحول خفض الترددات الراديوية.
الخطوة 4: يتم استخدام مُركِّب التردد اللاسلكي وLO المستخدمين في تصميم المحول العلوي أيضًا في تصميم المحول السفلي كما هو موضح.
الخطوة 5: تُستخدم عوازل الترددات الراديوية في أماكن مناسبة للسماح بمرور إشارة الترددات الراديوية في اتجاه واحد (أي للأمام) ومنع انعكاسها في الاتجاه الخلفي. ولذلك، يُعرف هذا الجهاز بأنه جهاز أحادي الاتجاه. يُشير اختصار GCN إلى شبكة التحكم في الكسب. تعمل شبكة GCN كجهاز توهين متغير يسمح بضبط خرج الترددات الراديوية حسب الحاجة وفقًا لميزانية وصلة الترددات الراديوية.
الاستنتاج: على غرار المفاهيم المذكورة في تصميم محول التردد RF هذا، يمكن للمرء أن يصمم محولات التردد عند ترددات أخرى مثل نطاق L ونطاق Ku ونطاق mmwave.
وقت النشر: ٧ ديسمبر ٢٠٢٣
