ՌՃ ֆիլտրների հիմնական դերը սատելիտային կապի համակարգերում

Սատելիտային կապի միացումները գործում են հսկայական հեռավորությունների վրա, սակայն շատ կարևոր կատարողականության որոշումներ կայացվում են սեղմված RF սկզբնամասում: Անտենաները, ցածր աղմուկի ամպլիֆիկատորները, հզորության ամպլիֆիկատորները և հաճախականության փոխակերպիչները սովորաբար ստանում են մեծ ուշադրություն, սակայն RF ֆիլտրը որոշում է, թե որ սպեկտրի մասերն են կարող անցնել սիգնալային շղթայով և որոնք պետք է մերժվեն:

Այս գործառույթը ավելի է կարևորվում, քանի որ սատելիտային ցանցերը, երկրային անլար համակարգերը, ռադարները, նավիգացիան և լայնաշերտ ծառայությունները գործում են հարակից սպեկտրում: Իրական սարքավորումներում RF ֆիլտրը պարզապես «աղմուկի վերացման» միջոց չէ: Այն պաշտպանում է ստացողի զգայունությունը, սահմանափակում է անցանկալի հաղորդիչի էներգիան, վերահսկում է միջակայքային միաձուլումը և ապահովում է կայուն գործառույթ ամբողջ RF ճարտարապետության մեջ:

Ինչու՞ են սատելիտային միացումներին անհրաժեշտ ճշգրիտ հաճախականության վերահսկում

Սատելիտային ընդունիչը հաճախ ստիպված է վերականգնել այնքան թույլ ցանկալի սիգնալ, որի մոտակայքում հաճախ կարող են գտնվել շատ ավելի ուժեղ սիգնալներ հաճախականության մեջ: Եթե այդ անցանկալի սիգնալները մտնում են ՌՀ սկզբնական շղթայի մեջ՝ բավարար թուլացման չստանալով, դրանք կարող են նվազեցնել ընդունիչի արդյունավետ զգայունությունը կամ հարկադրել ցածր աղմուկի ամպլիֆիկատորներն ու խառնիչները մոտենալ սեղմման ռեժիմին:

Եվրոպական տիեզերական գործակալության (ESA) փաստաթղթերը սատելիտային հրամանների ընդունիչների վերաբերյալ նկարագրում են ՌՀ և միջանկյալ հաճախականության (ԻՖ) շղթայում տեղադրված մասշտաբային ֆիլտրավորում: Այն նաև բերում է մուտքային ալիքային ուղեկցող միջանցքի միջանցքային ֆիլտրի օրինակ, որը օգտագործվում է հեռավոր սահմանային միջանցքից դուրս գտնվող միջանկյալ միացումների համար ԼՆԱ-ների և ՌՀ խառնիչների հագ saturation-ի կանխարգելման համար:

Այդ պատճառով օգտակար անցման շերտը պետք է մնա ցածր կորուստներով, իսկ արգելափակման շերտերը պետք է ունենան բավարար մերժում՝ ուժեղ արգելափակող սիգնալների, հարմոնիկների և կողմնային արձագանքների զգայուն փուլեր հասնելը կանխելու համար:

Կա նաև կարևոր ինժեներական համատեղելիության խնդիր: Ավելի շատ ֆիլտրումը չի նշանակում ավտոմատորեն լավ արդյունք: ITU-R-ի տեխնիկական ուղեցույցները ստացիոնար սատելիտային ծառայության երկրային կայանների համար նշում են, որ ստացման ճանապարհի մեջ ֆիլտրի մտցումը նաև ներմուծում է մուտքային կորուստ, որը կարող է նվազեցնել ստացման շղթայի ձեռքբերումը և մեծացնել համակարգի աղմուկի ջերմաստիճանը: Հետևաբար, իրական նպատակն է ուժեղ հաճախականության ընտրողականությունը՝ ամենացածր հնարավոր մուտքային կորստով, այլ ոչ թե պարզապես մեծացնել թուլացումը:

Ռադիոհաճախականության ֆիլտրը՝ ընդունիչի առաջին պաշտպանական գիծը

Տիպիկ սատելիտային վերջակետում ֆիլտրումը կարող է տեղի ունենալ ԼՆԱ-ից առաջ կամ հետո, հաճախականության խառնիչների շուրջ և միջանկյալ հաճախականության փուլերում: Անտենայի մոտ տեղադրված նախնական ընտրության ֆիլտրը սեղմում է սպեկտրը, որը հասնում է առաջին ակտիվ սարքին: Սա հատկապես արժեքավոր է այն դեպքերում, երբ սատելիտային երկրային կայանները գոյատևում են բջջային ցանցերի, միկրաալիքային կապի, ռադարի կամ այլ բարձր հզորության ՌՀ աղբյուրների հետ միասին:

Ճշգրիտ նախագծված ընտրող ֆիլտրը պահպանում է անհրաժեշտ կապի ալիքային շղթան՝ ճնշելով սահմանված շերտից դուրս գտնվող հաճախականությունները: Նեղ շերտի ընդունիչի համար անցման շերտի պահանջը կարող է հատկապես բարձր լինել, քանի որ ուժեղ միջանկյալ ազդանշանը կարող է գտնվել ցանկալի ազդանշանին մոտ:

Այդ պատճառով ֆիլտրը պետք է հավասարակշռի մի շարք պարամետրեր, այդ թվում՝ կողային ընտրողությունը, մուտքային կորուստը, շերտի լայնությունը, դիմադրության համապատասխանեցումը, խմբային արագության վարքագիծը և ֆիզիկական չափսերը:

Ընդունիչի հետագա փուլերում լրացուցիչ LC, կերամիկական կամ խոռոչային ֆիլտրերը կարող են ճշգրտել ալիքային ընտրությունը և վերացնել անցանկալի խառնարանի ազդանշանները ապրանքներ . Ճշգրիտ տոպոլոգիան կախված է վերջակետի հաճախականության պլանից և ՌՀ ճարտարապետությունից: Այդ պատճառով ֆիլտրացումը լավագույնն է դիտարկել որպես ընդհանուր ընդունիչի նախագծման մաս, այլ որպես առանձին կատալոգային բաղադրիչ:

Ֆիլտրները նաև պահպանում են հաղորդիչի մաքրությունը

RF ֆիլտրները նույնքան կարևոր են նաև հաղորդման կողմում: Հզորացուցիչները կարող են ստեղծել հարմոնիկներ և այլ ցանկալի չլինող սպեկտրային բաղադրիչներ, իսկ սինթեզատորները և հաճախականության փոխակերպման փուլերը կարող են ներմուծել կողմնային արձագանքներ: Համապատասխան ցածրահաճախային, շերտավոր կամ խոռոչային ֆիլտրը ճնշում է այս ցանկալի չլինող էներգիան՝ նախքան այն հասնելը անտենային:

Ֆիլտրավորումը նաև կարևոր է դառնում, երբ հաղորդման և ընդունման շղթաները ֆիզիկապես մոտ են մեկը մյուսին: Անբավարար մեկուսացումը կարող է բարձրացնել տեղական աղմուկի մակարդակը կամ նվազեցնել ընդունման ճանապարհի զգայունությունը:

Ընդհանուր անտենայով համակարգերում դուպլեքսերներն ու դիպլեքսերները ընդլայնում են այս հաճախականության ընտրողական գործառույթը՝ առանձնացնելով հաղորդման և ընդունման շերտերը: Դրանց մուտքային կորուստը, մեկուսացումը և հզորության կրման բնութագրերը դառնում են ամբողջական RF կապի բյուջեի մաս:

Այլ կերպ ասած, ֆիլտրավորումը ոչ միայն հավելյալ սարք է, որը տեղադրվում է հետո՝ RF ճարտարապետությունը սահմանելուց հետո: Դա հաճախականության կառավարման շերտ է, որը օգնում է ամբողջ սատելիտային տերմինալին աշխատել կանխատեսելի կերպով:

LC, խոռոչային եւ դիէլեկտրիկ կերամիկական ֆիլտրների ընտրություն

Չկա մեկ այնպիսի RF ֆիլտրի տեխնոլոգիա, որը համապատասխանի բոլոր սատելիտային կապի համակարգերին: Ճիշտ ընտրությունը կախված է աշխատանքային հաճախականությունից, ընտրանքի լայնությունից, հզորության մակարդակից, թույլատրելի մուտքային կորուստից, հասանելի տարածքից, մերժման պահանջներից եւ շրջակա միջավայրի պայմաններից:

LC ֆիլտրները օգտակար են, երբ ինժեներները պետք է ստանան ճկուն ցածրահաճախական, բարձրահաճախական, շերտավոր կամ շերտավոր կանգնած պատասխաններ՝ միաժամանակ հեշտ շղթայի ինտեգրման հետ: RSWave-ի RF LC եւ խոռոչային ֆիլտրների ապրանքային շարքը ընդգրկում է մինչեւ 30 ԳՀց տարածություն եւ ներառում է տարբեր փաթեթավորման եւ ինտեգրման տարբերակներ: Ընկերությունը սատելիտային կապի տերմինալներն ու աերոտարածական RF մոդուլները հատուկ նշում է որպես իր LC ֆիլտրների լուծումների համապատասխան կիրառումներ:

Կարճատև ֆիլտրները հաճախ դիտարկվում են, երբ կարևոր են ցածր մուտքային կորուստը, բարձր Q գործակիցը, ուժեղ դուրս եկող շարքի մերժումը և բարձր հզորության կառավարումը: Դրանց մետաղական ռեզոնանսային կառուցվածքները կարող են ապահովել սուր հաճախականության տարանջատում, չնայած կարճատև լուծումները կարող են պահանջել ավելի մեծ ֆիզիկական ծավալ, քան բարձր մինիատյուրացված այլընտրանքները:

Միկրաալիքային դիէլեկտրիկ կերամիկական ֆիլտրները այլ օգտակար հավասարակշռություն են ապահովում: Բարձր դիէլեկտրիկ հաստատուն ռեզոնատորային նյութերը թույլ են տալիս նվազեցնել ֆիլտրավորման կառուցվածքի ֆիզիկական չափսերը՝ պահպանելով միկրաալիքային հաճախականության ընտրողականությունը և ջերմաստիճանային կայունությունը:

RSWave-ն իր դիէլեկտրիկ կերամիկային ֆիլտրերի շարքը նկարագրում է որպես հարմար արբանյակային կապի, ռադարի, T/R մոդուլների և այլ ՌՉ առաջնային մասերի համար: Ապրանքի էջը համառոտագրում է այս ընտանիքը 400 ՄՀց–7 ԳՀց միջակայքում, իսկ տեխնիկական աղյուսակը ներառում է նաև կոնկրետ կիրառման օրինակ՝ արբանյակային կապի համար, որի կենտրոնական հաճախականությունը 7,2 ԳՀց է: Ինժեներական ծրագրի համար հետևաբար անհրաժեշտ է հաստատել ճշգրիտ հաճախականության հնարավորությունները պահանջվող սպեցիֆիկացիայի հիման վրա և հարմարեցված նախագծի միջոցով:

Գործնական արբանյակային ՌՉ համակարգը կարող է օգտագործել մեկից ավելի ֆիլտրավորման տեխնոլոգիա: Օրինակ, խոռոչային ֆիլտրը կարող է ծառայել բարձր հզորության կամ բարձր ընտրողականության փուլում, իսկ կոմպակտ կերամիկային կամ LC ֆիլտրը օգտագործվում է մոդուլի ներսում՝ այնտեղ, որտեղ ՊԿՎ տարածքի և ինտեգրման կարևորությունը ավելի մեծ է:

Կոնկրետ արբանյակային կապի ֆիլտրի օրինակ

Ապրանքի ընտրությունը ավելի իմաստալից է դառնում, երբ այն կապված է չափելի ՌՉ սպեցիֆիկացիաների հետ, այլ ոչ թե ընդհանուր կատարողականության հայտարարությունների հետ:

RSWave-ի մայրցամաքային դիելեկտրիկ կերամիկայի ֆիլտրերի աղյուսակում RMP4A7200S10FCA-ն նշված է «SATE-COMM» կիրառման համար: Այն ներկայացված է 7,2 ԳՀց կենտրոնական հաճախականությամբ, 10 ՄՀց ընտրանքով, առավելագույն մուտքային կորուստով՝ 3,0 դԲ, առավելագույն ալիքաձևությամբ՝ 1,0 դԲ, առավելագույն VSWR-ով՝ 1,5 և 5,0–6,2 ԳՀց միջակայքում առավելագույն թուլացմամբ՝ 30 դԲ:

Այս թվերը ցույց են տալիս այն պարամետրերի տեսակները, որոնք RF ինժեները պետք է ուսումնասիրի ֆիլտրի ինտեգրումից առաջ:

Կենտրոնական հաճախականությունը և ընտրանքը որոշում են, թե որ սպեկտրն է պետք անցկացնել: Մուտքային կորուստը ուղղակիորեն ազդում է հասանելի կապի մարգինի վրա: Դադարային շրջանի մերժումը ցույց է տալիս, թե որքան ուժեղ կարող է ճնշվել անցանկալի էներգիան: VSWR-ը ցույց է տալիս իմպեդանսի համապատասխանության որակը և ազդում է այն առումով, թե որքան արդյունավետ է RF հզորության փոխանցումը միացված փուլերի միջև:

RSWave-ի կատալոգը նաև նշում է, որ կարելի է հարմարեցնել այլ աշխատանքային հաճախականություններ: Այս ճկունությունը հատկապես կարևոր է սատելիտային կապի համար, քանի որ տերմինալները հազվադեպ են օգտագործում մեկ ընդհանուր հաճախականության պլան: Ֆիլտրը կարող է պետք լինել օպտիմալացնել մի կոնկրետ տրանսպոնդերի, միջանկյալ հաճախականության ճարտարապետության, տարածաշրջանային հատկացման, ալիքի լայնության, միջամտության միջավայրի կամ մեխանիկական կապսուլի շուրջ:

Ինչ պետք է գնահատեն ինժեներները՝ RF ֆիլտրը նշելուց առաջ

Սատելիտային կապի սարքավորումների համար արդյունավետ ֆիլտրի նախագծման գործընթացը սկսվում է համակարգի պահանջներից, այլ ոչ թե ֆիլտրի տեխնոլոգիայից.

• Ճշգրիտ անցումային շերտ. Սահմանել աշխատանքային հաճախականությունը, զբաղեցված հաճախականության շերտը և բավարար մարգին հաճախականության շեղման և արտադրական թույլատրելիության համար:
• Իրական արգելափակող հաճախականություններ. Կանգնեցման շերտի թույլատրելի թուլացումը պետք է նշվի այն հաճախականություններում, որտեղ իրականում կարող են սպասվել միջամտող ազդանշաններ:
• Թույլատրելի մուտքային կորուստ. Ֆիլտրը, որը տեղադրված է LNA-ից առաջ, կարող է ավելի մեծ ազդեցություն ունենալ ընդունիչի շումի ցուցանիշների վրա, քան սիգնալային շղթայի հետագա մասում տեղադրված ֆիլտրը:
• Շահագործման հզորություն. Առաքման ճանապարհի ֆիլտրները պահանջում են տարբեր ջերմային և արդյունավետության վերլուծություն՝ փոքր սիգնալի ընդունման ֆիլտրներից տարբերվելու համար:
• Ջերմաստիճանային կայունություն. Արտաքին երկրային կայանները, տիեզերական սարքավորումները և շարժական սատելիտային վերջակետերը կարող են ենթարկվել նշանակալի միջավայրային փոփոխությունների:
• Մեխանիկական ինտեգրում. Կապակցված, մակերեսային մոնտաժված և անցքավորված ձևաչափերը ստեղծում են տարբեր պահանջներ թվային սարքավորման տախտակի (PCB) դասավորության, հողավորման, էկրանավորման և սպասարկման վերաբերյալ:
• Հարմարեցման պահանջներ. Խիտ RF միջավայրերում ստանդարտ ֆիլտրը կարող է չապահանջվել համակարգի կողմից պահանջվող անցման ընդգրկման կամ մերժման կետերի համար:

Այս պահանջները նաև ցույց են տալիս, թե ինչու ինժեներական աջակցությունը կարող է լինել նույնքան կարևոր, որքան ֆիզիկական բաղադրիչը ինքն է:

Ջիասին Ռույշանգ Էլեկտրոնային Տեխնոլոգիա ՍՊԸ-ն նշում է, որ 2015 թվականից զբաղվում է միկրաալիքային կերամիկական բաղադրիչների հետազոտության և մշակման, արտադրության ու վաճառքի գործունեությամբ: Նրա ընթացիկ ապրանքային շարքը ներառում է կերամիկական ֆիլտրներ, դուպլեքսորներ, LC ֆիլտրներ, խոռոչային ֆիլտրներ, կերամիկական անտեննաներ և GNSS անտեննաներ, իսկ ընդհանուր ապրանքային շարքը ընդգրկում է մինչև 30 ԳՀց հաճախականություններ:

Արբանյակային վերջնական սարքերի նախագծողների համար բազմազան ՌԿ բաղադրիչների շարքի գործնական առավելությունն այն է, որ հնարավոր է տարբեր ֆիլտրավորման կառուցվածքները համապատասխանեցնել սիգնալային շղթայի տարբեր դիրքերին՝ փոխարենը ստիպելով մեկ տեխնոլոգիան բավարարել բոլոր պահանջները:

Բաղադրիչների ընտրությունից մինչև վերջից վերջ ՌԿ ամբողջականություն

Ժամանակակից արբանյակային հաղորդակցությունը շարժվում է դեպի բարձր բեռնվածություն, փոքր տերմինալներ և խիտ սպեկտրի օգտագործում: Այս միտումները լրացուցիչ ճնշում են գործադրում RF առաջնային մասի վրա. ավելի շատ շարժական շարքեր պետք է գոյատևեն միաժամանակ, անտենաները ավելի ու ավելի շատ են ինտեգրվում, իսկ ընդունիչները դեռևս պետք է հայտնաբերեն թույլ սիգնալներ ուժեղ մոտակա հաղորդումների առկայության դեպքում:

Այդ պատճառով RF ֆիլտրը կատարում է համակարգային գործառույթ:

Այն պաշտպանում է զգայուն ակտիվ շղթաները, վերահսկում է սպեկտրային զբաղեցվածությունը, նվազեցնում է սպեկտրից դուրս միջամտությունը և օգնում է պահպանել մոդեմի և բեյսբենդի պրոցեսորի համար անհրաժեշտ սիգնալ-աղմուկի հարաբերության կատարումը: Դրա ազդեցությունը վերջնականապես կարող է տեսանելի լինել ընդունիչի դինամիկ տիրույթում, հաղորդիչի սպեկտրային կատարումում, հարակից շարքերի միաժամանակյա գոյության մեջ և ընդհանուր հաղորդակցության հավաստիության մեջ:

Սատելիտային վերջակետային ճարտարագետների համար ամենաարդյունավետ մոտեցումը ֆիլտրացման վերաբերյալ վաղ ճարտարապետական որոշում ընդունելն է: Նախ սահմանեք հաճախականության պլանը, արգելափակող միջավայրը, թույլատրելի կորուստը, հզորության մակարդակը, ջերմաստիճանային շրջանակը և մեխանիկական սահմանափակումները: Այնուհետև ընտրեք LC, խոռոչային, միկրոալիքային դիէլեկտրիկ կերամիկական կամ համատեղված ֆիլտրացման լուծում, որը կարող է բավարարել այդ պահանջները:

Եզրակացություն

RF ֆիլտրները սատելիտային կապի համակարգում ամենաքիչ տեսանելի, սակայն ամենակարևոր բաղադրիչներից են: Դրանց դերը շատ ավելի մեծ է, քան պարզապես «մաքրել» սիգնալը: Դրանք որոշում են, թե ինչպես է RF շղթան արդյունավետորեն առանձնացնում օգտակար էներգիան միջամտությունից՝ պահպանելով սահմանափակ կապի մարգինը, որը հասանելի է երկարատև սատելիտային ճանապարհներում:

Քանի որ LC ֆիլտրներ, խոռոչային ֆիլտրներ, միկրոալիքային դիէլեկտրիկ կերամիկական ֆիլտրներ և դուպլեքսավորման լուծումներ հասանելի են տարբեր հաճախականությունների, չափսերի, ընտրողականության և հզորության պահանջների համար, ճարտարագետները կարող են ստեղծել ֆիլտրացման ռազմավարություն՝ հիմնված սատելիտային վերջակետային սարքի իրական պահանջների վրա:

Այն դեպքերում, երբ անհրաժեշտ են հատուկ կենտրոնական հաճախականություններ, ընտրված լայնություններ, մերժման կետեր կամ փաթեթավորման ձևաչափեր, էլեկտրամագնիսական մոդելավորումը, ֆիլտրների նախագծման փորձառությունը և հատուկ արտադրությունը միավորելով՝ կարելի է կրճատել ճանապարհը ՌԾ սպեցիֆիկացիայից մինչև կայուն և արտադրելի սատելիտային կապի առաջնային մաս: