תכנון RF במערכות מודרניות

תכנון שרשראות RF כולל את שלבי התכנון שבהם מקצים תדירויות, ממקמים את המשדרים וקובעים את הפרמטרים של מערכת תקשורת אלחוטית. לתהליך תכנון השרשרת תפקיד חשוב בפיתוח המערכת, והוא זה אשר יבטיח כיסוי וקיבולת שיענו על צרכי התקני הקצה עבור כל מגוון השירותים. נתוני הפתיחה הם מפרט האות (תדר והספק) במבוא ובמוצא המערכת. כיוון שכיום המערכות צריכות להיות קלות משקל וקטנות ולספק ביצועים מעולים במחיר סביר, המטרה של מערכות תקשורת היא להעביר את אות המבוא להדקי המוצא תוך שימוש במספר קטן ככל האפשר של המרות תדר (בנוסף על שימוש בארכיטקטורת סינתיסייזרים) ולהשתמש בטכנולוגיות זולות ביותר עבור המסננים הנדרשים.
תכנון RF
ישנן שתי גישות לתכנון תדרים. הראשונה הנה גישת תכנון הנעזרת בטבלאות של Spur Charts ובאלגוריתמים מתאימים, והגישה השנייה היא טכניקת אימות הנקראת Spur Searching. באופן מסורתי, מתכנני מערכות הסתמכו על שימוש בטבלאות לצרכי תכנון מערכות RF. תוכנת ™RFP של חברת AWR לתכנון שרשראות RF משמרת תפיסה זו אך הופכת אותה לאוטומטית וקלה, בעוד המשתמש פועל בנוחות בעזרת הפרדיגמה המוכרת לו.
תוכנת RFP מוטמעת כתוכנת עזר רציפה ב- (Visual System Simulator) של החברה, שהיא סביבת תכן לתכנון מערכות תקשורת אלחוטית, לשימושים צבאיים או אזרחיים. היא מאפשרת למתכננים לקבוע בקלות פסי תדרים נטולי הפרעות בתחום תדרי המיקרו-גל וה-RF, ומקנה למתכנן הבנה טובה יותר אודות אותות לא רצויים העלולים להיווצר בפסי תדרים מסוימים.
כלי ה-RFP אינו מוגבל רק להפשטת אנליזת Spurious הנוצרים עקב חיבור ערבלים.
ה-RFP RF link lineup יכול לשלב בתכנון את רוב הרכיבים הכלולים במערכות תקשורת כגון מגברים, ערבלים, מסננים ומנחתים. בדרך זו ניתן לבסס את התכנון על מודלים התנהגותיים או רכיבים מסחריים מצויים.
שימוש בטבלאות
Spur Charts
הממשק הגרפי של RFP מספק מידע על היבטים רבים של ארכיטקטורת המערכת וגישה לנתוני האתחול ולשימושים נוספים. החלקים העיקרים של הממשק (איור 1) הם דיאגרמת המלבנים והיענות המערכת.
דיאגרמת המערכת מבוססת על שרשור של מרכיבי המערכת ובחירת הפרמטרים העיקריים שלהם. ניתן לקבע אותם, לקשר אותם או לבצע בהם שינויים על פי צרכי המתכנן. חלון היענות המערכת יכול להציג את משאבי המערכת, רמת אות ה-Spurious, תרשימים נקודתיים או גרפים של ההרכב הספקטרלי.
משוואה זו מגדירה את תוצרי הערבול, הרצויים והלא רצויים, הנוצרים בתהליך המרת התדר באמצעות ערבל הניזון ממתנד מקומי. בגרפים נעשה שימוש בצבעים על מנת לסייע בהבנת רמות אותות ה-Spurious בהשוואה לתקנים. המודל של הערבל יכול להיות מודל קלאסי, המבוסס על טבלאות הנדרסון או מודל שסופק על ידי יצרן הערבל. את הטבלאות יכול להגדיר המתכנן עצמו, על פי מדידות שהוא ביצע, או על פי מודל המבוסס על תכנון מלא של המעגל.
יש מתכננים המעדיפים לבחון את התוצאות על פי תרשים ספקטרלי. באיור 4 רואים תוצאת שימוש במשוואה משופרת לצורך חישובי הפסד והשפעת המסננים בכניסה ובמוצא.
המערכת מאפשרת לקבל גם ספקטרום נקודתי. בממשק יש כפתורים המאפשרים שינוי מהיר של האותות ושינוי מקומם בשולי הפס או במרכזו.
כלי ה-RFP מאפשר לתכנן גם בסביבת אותות מורכבת. האותות מוגדרים כאותות רצויים או אותות המהווים איום. האותות המפריעים או המאיימים (הן אותות רצויים והן אותות לא רצויים) צבועים באדום בעוד שאותות רצויים מופיעים בצבע כחול. הכלי השולט בפס אותות המבוא מאפשר קביעת תרחישים שונים, מתרחישים פשוטים בהם מספר האותות במבוא קטן, ועד לתרחישים מורכבים שבהם יש אותות רבים.
כלי ה-RFP מאפשר למתנדים מקומיים לעקוב אחרי אותות במרווח קבוע. הדבר מאפשר הערכה מהירה של היווצרות Spurious בכל מצבי המתנד המקומי. במערכות מסוימות, למשל במערכות ל”א ובמקלטים של מערכות תצפית נעשה שימוש בממיר, ולאחריו מתנד מקומי סורק. כלי ה-RFP תומך גם בארכיטקטורה זו.
על מנת להשלים את ניתוח אותות
ה-Spurious, סביבת ה-RFP מספקת אמצעי לאיתור LO/IF ומזהה אזורים ללא אותות Spurious, דבר המסייע בתכנון המתנד המקומי.
סביבת ה-RFP מאפשרת ליצור פתרונות מערכת בלחיצות כפתור ספורות. המערכת ניתנת לתכנון באופן ידני על ידי הוספת מרכיבים או בעזרת אשף המרה (איור 7) הנכנס לפעולה על ידי לחיצה על כפתור בחלון הראשי.
השימוש באשף ההמרה מאפשר הגדרה של ממיר יחיד, כפול או משולש. אם הדבר נדרש, המסנן הראשון בשרשרת ה-RF יכול להיות קבוצת מסננים המעבירים את רוחב הפס של האותות שנקבעו בחלון אותות המבוא.
ניתן לבחור בכל שלב אם המרת התדר תהיה למטה או למעלה, ואם תדר המתנד המקומי יהיה גבוה יותר או נמוך יותר מתדר האות המומר. כך ניתן למנוע היפוך ספקטרלי, אם זה חיוני לפעולת המערכת. כאשר התכנון הארעי של המערכת הושלם, ניתן לייצא את המערכת ל-VSS לצורך ניתוח מדוקדק יותר של אותות ה-Spurious. ה-VSS מתחשב ב-Impedance Mismatch של הרכיבים, רעשים ותדירויות בבואה, לבצע אנליזות, אופטימיזציה והרצות Yield Analysis. לרשות המתכנן עומד מבחר רב של מדידות ואותות מאופננים והוא יכול לבצע מדידת שגיאות עוצמה וקטוריות (EVM), יחסי הספק של ערוצים סמוכים, מדידות (ACPR), ועוד.

סיכום
תכנון מערכת RF משלבת תכנון תדר, תכנון תקציב, וחיפוש אותות Spurious.
כלי ה-RFP של חברת AWR הוא כלי לתכנון מהיר אך איכותי של שרשראות, שניתן להמירו באופן מיידי לסביבת התכן VSS. מתכננים הרגילים לעבוד עם גיליונות נתונים, ירגישו כי הם עובדים בסביבה מוכרת, ולכן ניתן לעבור ולעבוד בו בקלות וליהנות מיתרונותיו של סט כלים משוכלל יותר. השימוש
ב-RFP ככלי תכן ראשוני לתכנון מערכות תקשורת מבטיח למשתמש כי יש בידיו את היסודות האמינים לתכנון כולל של המערכת.
הכתבה נמסרה באדיבות חברת נשיונל אינסטרומנטס