متنوع

أنواع مستشعر طاقة الترددات اللاسلكية

أنواع مستشعر طاقة الترددات اللاسلكية

ليس من السهل دائمًا قياس طاقة التردد اللاسلكي. هناك عدة طرق لقياس قدرة التردد الراديوي ، ولكل طريقة مزاياها وعيوبها. وفقًا لذلك ، سيعتمد نوع مستشعر طاقة التردد اللاسلكي المستخدم على نوع الإشارة المراد قياسها. ستكون بعض أنواع تقنية مستشعر طاقة التردد اللاسلكي أكثر قابلية للتطبيق على الطاقة المنخفضة ، والبعض الآخر على تقنيات التعديل حيث يختلف الغلاف وما إلى ذلك.

عادةً ما يشتمل عداد طاقة التردد اللاسلكي أو الميكروويف على وحدة تحتوي على جميع دوائر التحكم والمعالجة ، ولكن سيتم الكشف عن الطاقة نفسها في ما يُطلق عليه عادةً جهاز استشعار أو "رأس". وبالتالي قد يكون من الممكن لمقياس القدرة أن يستخدم واحدًا من عدد من رؤوس الطاقة وفقًا للمتطلبات الدقيقة ، خاصة فيما يتعلق بالطاقة.

من المهم ملاحظة أن عدادات الطاقة تعمل كحمل لقوة التردد اللاسلكي التي يمتصها الرأس. تحتوي عدادات الطاقة العالية هذه على أحمال كبيرة يمكنها تبديد المستوى المطلوب من الطاقة. بدلاً من ذلك ، يمكن استخلاص جزء صغير من الطاقة عن طريق قارنة التوصيل ، أو باستخدام موهن عالي القدرة بحيث لا يتم تجاوز معدل القدرة لرأس مقياس طاقة التردد اللاسلكي.

تقنيات مستشعر طاقة الترددات اللاسلكية

تعد مستشعرات قدرة التردد اللاسلكي العنصر الأساسي لأي مقياس طاقة RF ، وسيعتمد اختيار نوع المستشعر على التطبيقات المحتملة المتوخاة. تنقسم تقنيات عداد طاقة التردد اللاسلكي إلى إحدى فئتين أساسيتين:

  • كاشف الصمام الثنائي القائم
  • قائم على الحرارة

على الرغم من توفر كلا النوعين من العدادات لسنوات عديدة ، فقد تم تحسين كلا التقنيتين بشكل كبير على مر السنين وقادرا على تلبية مستويات عالية جدًا من الأداء. نظرًا لسماتهم المختلفة ، يتم استخدامها أيضًا في أنواع مختلفة من التطبيقات.

كاشف الصمام الثنائي على أساس مستشعرات مقياس الطاقة RF

يستخدم الشكل الأكثر ثباتًا لمستشعر طاقة التردد اللاسلكي المستخدم في عدادات طاقة التردد اللاسلكي ، مقومات الصمام الثنائي لإنتاج خرج. تم تصميم مستشعرات طاقة التردد اللاسلكي التي تستخدم الثنائيات بحيث يقوم المستشعر بتبديد طاقة التردد اللاسلكي في الحمل. يقوم كاشف الصمام الثنائي بعد ذلك بتصحيح إشارة الجهد التي تظهر عبر الحمل ، ويمكن بعد ذلك استخدام هذا لتحديد مستوى الطاقة التي تدخل الحمل.

يتم استخدام هذا الشكل من مستشعرات الطاقة في العديد من عدادات الطاقة التناظرية الأساسية ، على الرغم من استخدام التقنية أيضًا في عدادات الطاقة عالية الأداء.

تتمتع مستشعرات الطاقة RF القائمة على الصمام الثنائي بميزتين رئيسيتين:

  • الأول هو أنهم قادرون على قياس الإشارات إلى مستويات منخفضة للغاية من الطاقة. بعض مستشعرات طاقة التردد اللاسلكي القائمة على الصمام الثنائي قادرة على قياس مستويات الطاقة منخفضة تصل إلى -70 ديسيبل ميلي واط. هذا أقل بكثير مما هو ممكن عند استخدام مستشعرات طاقة RF القائمة على الحرارة.
  • الميزة الأخرى لأجهزة استشعار مقياس طاقة التردد اللاسلكي القائمة على الصمام الثنائي هي حقيقة أنها قادرة على الاستجابة بسرعة أكبر من الأنواع القائمة على الحرارة. في بعض عدادات الطاقة القديمة ، ستتم معالجة الإخراج من مستشعر طاقة الصمام الثنائي RF بطريقة بسيطة ، ولكن يمكن إجراء معالجة أكثر تعقيدًا للقراءات باستخدام تقنيات معالجة الإشارات الرقمية. بهذه الطريقة يمكن معالجة القراءات لإعطاء النتائج بالشكل المطلوب ، والدمج بمرور الوقت ضروري ، أو الحصول على قراءات أسرع وأكثر لحظية إذا لزم الأمر.

على الرغم من أن المبادئ الأساسية لتشغيل الثنائيات ككاشفات معروفة جيدًا ، فإن تصميم أجهزة الكشف عن الصمام الثنائي يمثل بعض التحديات عند تصميم أدوات اختبار دقيقة. الأول هو أن تأثيرات الشحن المخزنة للديودات العادية تحد من نطاق تشغيل الثنائيات. نتيجة لذلك ، تُستخدم الثنائيات المعدنية أشباه الموصلات - ثنائيات حاجز شوتكي - في مستشعرات طاقة الترددات الراديوية حيث أن هذه الثنائيات لديها مستوى أصغر بكثير من الشحنات المخزنة ولديها أيضًا نقطة تشغيل منخفضة للتوصيل الأمامي.

على الرغم من انخفاض جهد تشغيل الصمام الثنائي Schottky (0.3 فولت للسيليكون) ، إلا أن هذا لا يزال يحد من أدنى مستويات الإشارة التي يمكن اكتشافها - يلزم وجود إشارة تبلغ حوالي -20 ديسيبل للتغلب على هذا الجهد. تتمثل إحدى الطرق في ربط الصمام الثنائي بالتيار المتردد وتطبيق انحياز 0.3 فولت ، ولكن هذا يزيد فقط من الحساسية بحوالي 10 ديسيبل نتيجة لضوضاء التوصيل والانجراف الناتج عن تيار التحيز.

اليوم ، تُستخدم الآن ثنائيات أشباه الموصلات الغاليوم-أرسينيد (GaAs) لأنها توفر أداءً فائقًا عند مقارنتها بثنائيات السيليكون. عادةً ما يتم تصنيع ثنائيات زرنيخيد الغاليوم المستخدمة في مستشعرات طاقة الترددات اللاسلكية باستخدام تقنية حاجز مخدر مستوٍ ، وعلى الرغم من أن الثنائيات أكثر تكلفة ، إلا أنها توفر مزايا كبيرة لأجهزة استشعار الطاقة عند ترددات الميكروويف.

غالبًا ما تكون مستشعرات طاقة الترددات اللاسلكية والموجات الدقيقة هي المستشعر المفضل. يمكن معالجة الإخراج من الصمام الثنائي باستخدام معالجة الإشارات الرقمية المتقدمة. هذا يعني أن مستشعرًا واحدًا قادر على توفير مجموعة كبيرة ومتنوعة من القدرات التي لن تكون ممكنة مع المستشعرات القائمة على الحرارة. مع اكتشاف الثنائيات للمغلف ، يمكن قياس مجموعة متنوعة من أشكال الموجة.

مستشعرات قياس طاقة التردد اللاسلكي

كما يوحي الاسم ، تقوم المستشعرات القائمة على الحرارة بتبديد الطاقة من مصدر في حمل ثم قياس ارتفاع درجة الحرارة الناتج.

تتمتع مستشعرات طاقة التردد اللاسلكي القائمة على الحرارة بميزة أنها قادرة على قياس متوسط ​​الطاقة الحقيقي حيث أن الحرارة المشتتة هي جزء لا يتجزأ من مدخلات الطاقة خلال فترة زمنية. ونتيجة لذلك ، تقوم مستشعرات طاقة التردد اللاسلكي بقياس مستوى طاقة التردد اللاسلكي بشكل مستقل عن شكل الموجة. وبالتالي فإن القياس يكون صحيحًا بغض النظر عما إذا كان شكل الموجة CW أو AM أو FM أو PM أو نبضيًا أو له عامل قمة كبير أو يتكون من شكل موجة معقد آخر. هذه ميزة خاصة في العديد من الحالات ، خاصةً مع استخدام QAM وأشكال أخرى من تعديل الطور بشكل متزايد ولا تحتوي على غلاف ثابت.

نظرًا لثبات الوقت مع مستشعرات قدرة التردد اللاسلكي ، فهي غير مناسبة لقياس القيم اللحظية. عندما تكون هذه القياسات مطلوبة ، قد تكون الأنواع الأخرى من أجهزة الاستشعار أكثر ملاءمة.

هناك نوعان من التقنيات الرئيسية المستخدمة:

  • مستشعرات الطاقة RF الثرمستور: تم استخدام مستشعرات طاقة الترددات اللاسلكية على نطاق واسع لسنوات عديدة وتوفر طريقة مفيدة للغاية لتمكين إجراء قياسات طاقة التردد اللاسلكي عالية الجودة. في حين أن تقنيات الازدواج الحراري والصمام الثنائي أصبحت أكثر شيوعًا في السنوات الأخيرة ، فإن مستشعرات طاقة التردد اللاسلكي غالبًا ما تكون مستشعر طاقة التردد اللاسلكي المفضل لأنها تتيح استبدال طاقة التيار المستمر لتمكين معايرة النظام.

    يستخدم مستشعر الطاقة RF الثرمستور حقيقة أن ارتفاع درجة الحرارة ينتج عن تبديد التردد اللاسلكي في حمل التردد اللاسلكي. هناك نوعان من أجهزة الاستشعار التي يمكن استخدامها للكشف عن ارتفاع درجة الحرارة. يُعرف أحدها باسم barretter - سلك رفيع له معامل درجة حرارة موجب. الآخر هو الثرمستور - وهو شبه موصل له معامل درجة حرارة سالب والذي قد لا يتجاوز قطره عادة حوالي 0.5 مم. اليوم تستخدم الثرمستورات فقط في مجسات طاقة التردد الراديوي.

    عادة ما يتم استخدام تقنية الجسر المتوازن. هنا يتم الحفاظ على مقاومة عنصر الثرمستور عند مقاومة ثابتة باستخدام تحيز التيار المستمر. نظرًا لتبديد طاقة التردد اللاسلكي في الثرمستور الذي يميل إلى خفض المقاومة ، يتم تقليل التحيز بدوره للحفاظ على توازن الجسر. ومن ثم فإن الانخفاض في التحيز هو مؤشر على تبديد القوة.

    تحتوي مستشعرات الثرمستورات الحالية على مجموعة ثانية من الثرمستورات لتعويض التغيرات في درجة الحرارة المحيطة التي من شأنها أن تعوض القراءات.

  • مستشعرات طاقة RF المزدوجة الحرارية: تستخدم المزدوجات الحرارية على نطاق واسع هذه الأيام في مستشعرات طاقة الترددات اللاسلكية والميكروويف ، فهي توفر ميزتين رئيسيتين:
    • إنها تعرض مستوى أعلى من الحساسية من مستشعرات طاقة التردد اللاسلكي وبالتالي يمكن استخدامها للكشف عن مستويات الطاقة المنخفضة. يمكن تصنيعها بسهولة لتوفير قياسات للطاقة تصل إلى ميكرو واط.
    • تمتلك مستشعرات طاقة الترددات اللاسلكية والموجات الصغرية الحرارية خاصية كشف القانون التربيعي. ينتج عن هذا أن طاقة التردد اللاسلكي المدخلة تتناسب مع جهد خرج التيار المستمر من مستشعر الازدواج الحراري.
    • إنها توفر مستشعر طاقة شديد الصلابة - فهي أكثر قوة من الثرمستورات.
    المزدوجات الحرارية هي مستشعرات حقيقية قائمة على الحرارة ، وبالتالي فهي توفر متوسطًا حقيقيًا للطاقة. وفقًا لذلك ، يمكن استخدامها لجميع تنسيقات الإشارة بشرط أن يكون متوسط ​​مستوى الطاقة مطلوبًا.

    مبدأ الازدواج الحراري بسيط - تؤدي الوصلات من المعادن غير المتشابهة إلى ظهور جهد صغير عند وضعها في درجات حرارة مختلفة.

    تم تصميم المزدوجات الحرارية الحديثة المستخدمة في مستشعرات طاقة الترددات اللاسلكية والميكروويف بشكل نموذجي داخل شريحة دائرة متكاملة من السيليكون. يكتشفون الحرارة المشتتة نتيجة لإشارة التردد اللاسلكي في مقاوم الحمل.

توفر العديد من أجهزة قياس قدرة التردد الراديوي التسهيلات لمجموعة متنوعة من مستشعرات قدرة التردد اللاسلكي لاستخدامها بناءً على قياسات الطبيعة الدقيقة التي يتعين إجراؤها. في حين أن مستشعرات طاقة التردد اللاسلكي القائمة على الحرارة أكثر قابلية للتطبيق على التطبيقات التي تتطلب قياسًا متكاملًا ، فإن المستشعرات القائمة على الصمام الثنائي تكون أكثر ملاءمة عندما تكون هناك حاجة إلى قياسات منخفضة المستوى أو فورية. وفقًا لذلك ، من الضروري اختيار المستشعر بناءً على التطبيقات المتوقعة.


شاهد الفيديو: كنود بعيد المدى (ديسمبر 2021).