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  • 2022-9-26 17:51
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    特性阻抗 Characteristic impedance 对于理解射频和微波原理来说,没有什么比理解 特性阻抗 的概念更基本。当我们谈论50欧姆电缆或75欧姆电缆时,我们实际上是在说它的特性阻抗是50欧姆、75欧姆等。特性阻抗的解释通常是令人费解的一行说明,然后加上大量的公式和数学论证,这对于初学者或者业外人士是难以理解的,而本文会尽可能的用更直观的语言来解释它。 首先很重要的一点,我们要明白,今天射频/微波系统中通常使用的50或75欧姆系统是一个 "人为 "的任意选择 ,它其实也可以很容易地成为43欧姆或其他数字。物理尺寸确实决定了实用同轴电缆的范围在20到200欧姆之间,而基于 物理尺寸 问题和对 简单运算 需求的同时影响,最终使我们今天看到的特性阻抗值为50和75欧姆(通常)。 同样重要的是要记住,特性阻抗的概念非常广泛,包括所有类型的同轴线、印刷电路线、微带线、带状线、双引线和双绞线。事实上,如果你设计PCB传输线,你可以选择你想要的特性阻抗,而不仅仅是50或75欧姆。 值得注意的是,即使是自由空间本身也有特性阻抗。在自由空间和其他无界介质的情况下,这种阻抗称为 本征阻抗( intrinsic impedance) 。 使用50欧姆同轴电缆的实验 假设有人递给你一卷1000英尺长的同轴电缆,并告知你这是50欧姆的同轴电缆。你决定用你的欧姆表来检查这个 "50欧姆 "的说法。你把欧姆表的一根引线连接到电缆一端的中心导体,另一根连接到外导体,电缆的另一端是开放的。你会惊讶地看到它的读数接近 无限阻抗 ! 为什么它的读数不是50欧姆? 你想知道为什么没有读到50欧姆,你再将内导体与远端的外导体短接,再用电表测量电缆的开口端。现在读数接近 零欧姆 。为什么会这样? 你的仪器没有告诉你电缆是50欧姆的原因是它不能读取 瞬时电压/电流比(V=IR) 。普通欧姆表的内阻很高,欧姆表的任何电容都会与内阻相结合,形成一个非常大的时间常数。这种大的时间常数使得这种类型的仪器不可能做出足够快的反应,以 "看到 "你在连接欧姆表引线的瞬间在同轴线上引入的高速脉冲。 因此不能使用典型的欧姆表来测量特性阻抗。我们不尝试使用欧姆表,而是使用图1的电路,该电路允许我们通过拨动开关产生一个电流脉冲。*(星号)表示希望观察和测量电流的地方。 我们要令开关在DISCHARGE位置上很长一段时间,以确保同轴电缆上没有电压。现在,如果我们将开关拨到CHARGE位置,会发生什么呢?当开关将电池(+)连接到同轴电缆的中心导体时,它就开始给这段同轴电缆 "充电",有点像给电容器充电。然后,我们可以通过将中心导体与屏蔽层或电池负极短路或将开关置于DISCHARGE位置来对电缆进行放电。 因此,通过操作图1中的简单开关,我们可以在同轴电缆上引入一个 "脉冲 "电流。如果你在开关第一次连接到CHARGE的瞬间测量中心导体的电流,你会看到一个脉冲电流将达到最大值Imax=Vbat / Zo,其中Zo是同轴电缆的特性阻抗,因此有时 特性阻抗被称为同轴电缆的浪涌阻抗 。 理想的电容器与理想的同轴电缆充电比较 究竟是什么特性将同轴电缆的冲击电流达限制在上面给出的表达式上?或者换一种说法,为什么同轴电缆不能 "立即 "充电?为了回答这个问题,让我们来研究一下,如果将一个理想的电容器连接到图1的开关电路中时它与同轴电缆的充电方式有什么不同? 从上面的讨论中,我们可以形成一个理想的电路,它与理想的无限长的同轴电缆是分不开的,见图2。 在图二中,我们有两个盒子,1和2。我们无法看到盒子里面的东西,我们能看到和连接仪器的只有1英尺的阻抗为Z欧姆的裸露的同轴电缆。我们的任务是确定盒子里装的是仅仅是一段无限长的同轴电缆,还是一定量的电缆与无限电容与Z欧姆阻抗构成的电路。 在使用欧姆表、电压表、时域反射计、网络分析仪和其他任何我们能拿来测试的东西之后,我们可以看到 测量结果没有任何差异 ,即 二者等效 。 箱子1中装有无限长的同轴电缆,另一个箱子是一小段同轴电缆,电缆内导体和电缆末端的外屏蔽层之间连接着串联RC网络。串联R等于同轴电缆特性阻抗Z欧姆,串联电容为无限电容。这个无限电容的目的是阻断直流电(但通过所有的交流电),以确保简单的(理想的)欧姆表检查将读出无限的电阻,就像方框1中的无限长同轴电缆一样。 100英里),即使使用最好的仪器也很难测量出这两个箱体之间的差异,至少在某些频率段上是如此。 测量同轴电缆阻抗的其他方法 电流浪涌法 不是通常测量同轴电缆特性阻抗的方法,但它是一种可行的方法,具有直观的吸引力。另一种测量同轴电缆特性阻抗的方法是 测量其单位长度的电感和电容 ,L除以C的商的平方根等于特性阻抗,单位是欧姆(不是法拉或亨利)。 为什么不同的电缆有不同的特性阻抗?每根同轴电缆或其他传输介质都有其独特的单位长度的电容和电感。对于同轴电缆来说,这将由同轴电缆的 内/外导体比 和导体间材料的 介电常数 决定。而微带线主要是由 迹线宽度、pc板的介电常数和pc板的厚度 来决定。 总结 特性阻抗作为射频微波中最为基础的知识,本文简单明了的介绍了为什么目前统一使用50/75欧姆特性阻抗,并利用实验案例测试特性阻抗。我们将之后的文章中对与特性阻抗密切相关的VSWR,反射系数等概念做进一步介绍与实验验证,欢迎持续关注。
  • 2022-9-26 09:26
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    专用网络的24/7射频监控 在大多数行业中,越来越多的企业和部门选择建设私人射频网络,如公用设施(水、电、气等)、采矿、物流(仓库)或制造业。意外的设备停机每年给工业制造商造成的损失超过上千亿元。现在,射频频谱因技术、设备和信号的复杂性而变得拥挤,新的解决方案需要确保基础设施和设备在工作中不会意外中断。 在工业领域中,所应用的频率范围比电信更广,虽然这些专用网络不用于提供4G或5G等大规模电信服务,但它们对所应用的业务运营非常重要。而虹科实时频谱监控解决方案不仅可以预防因意外导致的设备停机问题,还能够从工业应用扩展到零售、银行等其他领域中。 比如矿山和公用领域,它们都需要确保电信网络的质量,以支持其运营流程。干扰和/或功率或频率偏差带来的任何信号损耗都可能对需要从网络收集的遥测数据产生重大影响,这些网络的任何故障都可能导致严重的损失。 解决方案 虹科实时频谱监测方案对位于两个不同位置的基站频谱进行射频扫描测试。在本次测试中,提供了有关网络的几个变量的信息,例如: 射频变量: 载波频率、载波频率偏差、干扰频率、正常载波频率范围内的射频工作电平幅度、干扰频率的射频工作电平幅度、载波带宽。 变量: 正在处理/已解决/挂起的警报、对发出警报的跟踪、已知故障发生之前的预测、通过机器学习(ML)进行的警报分段、基于实际的整个解决方案的预期行为。 应用: 对于射频监测,通过Python进行二次开发,设计了一个应用程序,通过向虹科实时频谱分析仪发送配置命令,然后返回一个数据字符串,以收集以下内容:设备品牌、型号、序列号、IP、与频率相关的数据。 从接收到的数据中可以获得以下信息:监测中心频率、信号电平(dB)、样本中的峰值数量、可能影响监测中心频率的其他频率的可变数量。所有结果都显示在同一界面上:中心频率偏差视图、功率视图(中心频率的信号单位为dB)、干扰视图(可能影响中心频率的其他频率)、面向用户的数据分析视图等。 优势 目前,还没有任何其他解决方案能够将硬件集成到24/7监控和软件平台中,来实现管理专用网络(射频频谱)所需的所有数据,并使用AI工具为采矿和公用事业等工业市场提供服务。使用机器学习可以根据定期使用该平台的经验,创建算法以获取新数据。AI提供了更多功能,以逐步提高数据质量。 这一先进的解决方案将虹科实时频谱仪从电信行业应用扩展到其他多个依赖专用射频网络的领域中,包括采矿、公用事业和一般制造厂等,这些公司在自己的专用射频网络上构建生产和运营流程,这使得确保稳定运营至关重要。为了减少现场事故和保障资产安全,工业工厂越来越依赖无线设备的监控而非光纤或电缆,虹科能够为该市场提供极具潜力的增值解决方案。
  • 2022-9-22 09:52
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    背景 视频监控系统通常被设计为有线连接,但在某些情况下,无线是必不可少的。视频的需求对无线网络的挑战比任何其他应用都大,有的时候,虽然在优秀的视频系统部署上投入了大量成本,但实际效果仍然差强人意。虹科虚拟光纤基于软件定义无线电,支持通过IP网络传输视频的独特方式,可以带来效果优秀的解决方案。 虹科虚拟光纤通过改善无线系统而不是视频监控系统来提高性能。通常来说,大多数无线系统无法支持视频,无线供应商通常会研究如何改善摄像头和服务器,以增强无线系统上的视频流,但这也通常会导致视频系统性能降低,许多有价值的功能无法被使用。 无线视频 挑战 数据流 上行容量 :视频监控网络中95%的数据是从远程无线电传输到无线基站的上行数据。由于大多数无线系统都是为互联网服务设计的,所以它们支持的上行容量少于下行容量的一半。 视频多播 :当两个或多个站点希望查看同一台摄像机时,会在视频中使用多播技术。 PTZ和分析的低延迟 :带有云台变焦(PTZ)和分析功能的摄像头需要非常低的延迟才能正常工作。 虚拟光纤解决方案 可以支持全容量上行链路业务流 支持视频多播的无线系统 具有最低的延迟 数据包 I帧数据 :MPEG-4和H.264等视频压缩算法使用帧间预测来减少视频文件大小。拍摄的第一幅图像称为I帧,是一幅全尺寸的图片,通过无线系统发送。 P帧小数据包数据 :一旦视频服务器确认了I帧,摄像头就会将图像分成块,并且只在有变化的地方发送数据块,就像汽车在静态背景上移动一样,只会发送移动的汽车数据。这些块被称为P帧,它们是非常小的分组数据。P帧包含大多数视频分组数据,其小尺寸意味着无线电必须每秒处理数十万个分组,以跟上P帧的流量。 元数据服务质量(QoS) :元数据是相机和服务器之间单独发送的信息,包括时间、位置和用于分析的其他数据。摄像机使用QoS标签标记高度重要的视频流,它在网络中具有优先级。然而,元数据数据包没有特殊的优先级,这通常会导致数据丢失。丢失的元数据还会禁用许多分析功能,如车牌和面部识别,或颜色和运动检测。 解决方案 由于无线网络不足而对视频系统进行调整会降低其性能,虹科虚拟光纤使视频系统能够像有线一样稳定工作。拥有世界上最高数据吞吐量的基站为今天的网络提供了足够的容量,为未来的扩展留下了足够的剩余容量。虹科虚拟光纤对无线性能的增强支持其他无线系统无法支持的最先进的视频技术和分析功能。 无线电平台的硬件中安装了特殊的数据缓冲区来缓存这些I帧数据,以便它们在网络上平稳运行。 使用最快的数据处理器。 可以将元数据传到自己的高优先级VLAN中,这样就不会发生丢失。 摄像机容量 容量最高的无线多点系统 支持全上行链路流量以获得更多视频容量 支持多播以减少冗余视频流并提高系统效率 业界速度最快的处理器支持更多同步视频流 视频性能 板载内存可以缓存数据,使视频流畅,无像素化或视频伪影 低延迟意味着快速响应云台、运动检测器和基于服务器的分析 按优先级排列的元数据QoS标记意味着不再丢失元数据 基于软件的解决方案,无需修改硬件
  • 2022-9-19 09:50
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    干扰无处不在 无线通信的使用率在过去10年中增长了100倍,但可用的免许可频段的数量却没有做到同步增长,这意味着任何使用免许可频段的人都需要与所在地区其他人共享该频谱。虹科虚拟光纤无线系统设计为在高干扰水平下仍能提供稳定的性能和绝对的可靠性。 大多数免许可的无线网络都需要部署在室内,因此,大多数无线技术(WiFi、蓝牙等)都经过了设计和优化,使之可以在室内条件下工作。当无线技术在室内使用时,周围的墙壁会过滤掉外界的大部分无线电信号,从而将干扰的影响降至最低。因此,这些系统所基于的芯片组并不是设计为在高干扰水平下工作的,所采用的协议为载波侦听多址(CSMA)。 在室内,这类系统通常工作得很好。然而,室外无线网络是不同的,无线网络一端的干扰量可能与另一端的干扰量不一样,而且由于没有墙壁来过滤来自其他网络的信号,室外的干扰水平要高得多。设计室外使用的无线协议需要开发与CSMA中使用的完全不同的技术,虹科虚拟光纤无线系统设计有许多独特的、获得专利的协议,使其能够在室外存在干扰的情况下保持可靠运行。 优势 避免干扰 传输同步图 :虹科虚拟光纤不使用CSMA,而是根据基站创建的同步地图进行传输; 高功率发射机 :线性大功率发射机在所有速度下都能保持高功率,它比使用CSMA的其他系统更具有优先权。 窄带滤波器 :在接收机端,高质量的无线电滤波器将接收到的信号限制在特定的工作信道。 窄波束和切换天线 :窄波束天线和切换天线阵列在隔离干扰方面非常有效。 干扰校正 当无线电干扰特定的通信信道时,虚拟光纤可以 纠正这种干扰 。 自动本底噪声调整 :每个无线电自动调高其本底噪声,以忽略低于特定功率水平的接收信号,这意味着任何超出通信频带的无线电噪声都不会造成干扰。 空时块编码(STBC) :STBC用于在不同的空间和时间传输每个数据包的双冗余块,以便从冗余块中重建受损数据包。 混合ARQ :在数据包完全丢失的情况下,混合ARQ(HARQ)协议以一种非常稳健的方法重新传输数据包,这种方法可以瞬间将接收灵敏度提高四倍。 大数据包数据缓存 :由于大数据包的重新传输非常耗时,虹科无线电平台会在内存中临时存储(缓存)大数据包,以便快速重新传输。 没有任何其他无线系统具有如此多的协议来处理干扰,它们无法专门用于任务关键型室外无线电。虽然其他无线系统提供避免干扰的有限解决方案,但虹科虚拟光纤可以避免和纠正干扰的系统,提供稳定、可靠的通信。 软件无线电:专为室外无线通信而构建 专为避免和纠正干扰而设计的无线系统
  • 2022-9-15 09:06
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    无论是在有线、地面站还是传送站,可靠的信号传输和分配是设备保持稳定运行的基础。从卫星天线的信号接收,到设备内的处理和分配,再到最终分配,必须正确设计和管理信号质量可用性。冗余在保证最大可靠性和正常运行时间方面起着关键作用。 卫星接收 卫星地面站天线通常被称为卫星“天线”,用于从有线前端和其他设施接收来自电视节目网络的卫星信号。根据频率、卫星位置和服务要求,它们的直径可以从1米到30米不等。 信号在卫星和地面天线之间以不同的频率和极化从太空传输到地球,电视信号通常以Ku(10-18GHz)或C波段(3-6GHz)或者组合发送,具体取决于环境,而现在全世界越来越多的信号在Ka波段(20/30GHz)广播。接收到的电磁波的电场方向称为极化,垂直极化和水平极化相互垂直。 分配由天线馈送执行,天线馈送将信号馈送至低噪声下变频器(LNB)。LNB对从卫星接收到的微弱信号进行频率转换,并将其放大,以便通过电缆传输到通常与其他电子网络单元配套使用的室内接收和解码设备。 从太空中的卫星接收(或下行链路)的高频输入信号通常由LNB下变频到L波段(950-2150MHz)或扩展L波段(850-2450MHz)频率范围,并通过电缆(如同轴铜缆)进行传输。特殊形状的天线能够安装多个LNB,以同时接收多个不同位置的卫星信号。可以使用直接安装在天线上或下游信号路径中的防雷装置,以保护下行链路链中的设备免受过压损坏。 传输到接收设备 下一步是将下变频信号从LNB传输到集成接收器/解码器(或IRD),后者将信号处理并解码到基带,该链路有时称为设施间链接或IFL。同轴电缆上的LNB电传输通常会导致衰减损耗,尤其是在较长的传输路径上,放大器通常用以补偿损耗,否则信号电平和信噪比(SNR)可能会过低而无法确保信号质量。 对于从LNB到IRD的传输路径小于100米的天线和系统,通过同轴电缆的传输带来的损耗很小,并且出于成本原因该损耗通常是可以接受的。对于更长的布线距离或具有多个天线的系统,同轴电缆上的线路损耗更大,在这种情况下,光纤射频传输更有优势。 一般而言,光纤传输的优势包括: 显著更高的带宽容量 低损耗,传输距离远 抗电磁干扰(EMI)能力强,且保密性好 光纤轻便,部署灵活 LNB输出信号到光纤的转换通常在专用设备中进行,这些专用设备位于靠近天线的机架中。通常使用紧凑型设备,如虹科室外机架,也可以直接安装在卫星天线杆上。除了光电转换之外,这些设备还可以为到IRD(接收器)的链路提供冗余功能,并用于设置重要参数,以用于下行链路信号的持续传输。 冗余传输和天线 为了确保即使在传输链的一部分出现故障的情况下,连续信号依旧能够正常传输,需要对路径进行冗余设计。如果出现故障,备用设备可以接管故障部分继续进行信号传输。为每个传输部件配备一个冗余单元(1+1冗余)将导致成本增加。由于只有在主路径发生故障的罕见情况下才需要备份设备,因此更有效的解决方案是N+1冗余,在N+1冗余的情况下,“N”个主单元可以共享同一个冗余单元。 天线场也可以通过这种方式防止故障的发生,备用天线可用于恢复设施中1至N个固定天线的故障,可以使用通常安装在天线架上的冗余开关来完成。如果冗余开关检测到来自其中一个固定天线的信号故障,ACU将控制备用(冗余)天线指向故障天线对应位置的卫星,以代替故障天线。 对于没有能够自动执行切换的管理系统或不需要进行集成的运营商,天线冗余开关可以监控和切换连接天线的信号,以及在天线故障的情况下完全接管ACU的控制,它创建了一个封闭的自动化系统,无需外部管理系统即可实现天线冗余。 站点分集 故障有时候不仅仅是由技术问题引起的,恶劣天气也可能会影响整个天线场,这是由于降雨和大气湿度造成了卫星信号衰减,从而更严重地衰减了较高的卫星频段(Ku波段、Ka波段)。然而,由于造成故障的天气影响往往只发生在局部地区,因此可以采用“站点分集”的概念,以最大限度地保障正常运行时间并减小天气影响。通过这种方法,在通常距离至少50到150公里的位置构建冗余下行链路天线设备,利用光纤射频(RFoF)连接两个站点。 为了节约成本,通常使用CWDM(粗波分复用)和DWDM(密集波分复用),高效地组合信号并将其从天线分集站点传输到主站点。对于CWDM或DWDM,使用不同的波长,在一根光纤上最多可以传输16或80种不同的信号,在光纤射频接收位置,解复用器将多路复用分回各个信道和路径。天线源之间的切换也可以由1+1冗余开关来管理。虹科系列用于RF信号分配,切换和放大功能,在单个机箱中提供独特的解决方案。与传统解决方案相比,将信号转换和信号分配结合在同一个设备中,显著节省了空间和功耗。
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