اتصال کوتاه

.

.

از «رله کواکسیال^[1]» در فن‌آوری فرکانس بالا به عنوان «کلید» بهره‌گیری می شود. بنابراین، رله کواکسیال یک «کلید فرکانس بالا^[2]» است. رله کواکسیال مانند رله‌های معمولی دارای آرایه‌ای از کنتاکت‌های ثابت و متحرک است. آرایش این کنتاکت‌ها می‌تواند، مانند رله‌های معمولی، «یک‌پل یک‌راه^[3]»، «یک‌پل دو‌راه^[4]» و «دو‌پل دو‌راه^[5]» باشد. رله های کواکسیال برای فرکانس‌های از صفر تا 40 گیگاهرتز ساخته می‌شوند. تنها جایگزینی که عملکرد مشابهی با رله‌ی کواکسیال دارد و  برای کلیدگری در میسرهای فرکانس بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما فاقد کنتاکت‌های متحرک است، مدارهای الکترونیکی ویژه‌ای هستند که در آنها از افزاره‌ای به نام «پین‌دیود^[6]» استفاده به عمل می آید. نام این جایگزین «کلید فرکانس بالا» است.

.

.

تلفات توانِ سیگنال، ناشی از حضور رله در مسیر سیگنال^[7] (بگوییم: تلفات تحمیلی)، در «کلیدگری گرم^[8]» و «کلیدگری سرد^[9]» متفاوت است. علاوه بر این، باید بین این که آیا توان فرکانس بالا به طور دایمی و یا به صورت لحظه ای و پالسی در رله برقرار می گردد، تفاوت قایل شد.

«تلفات انتقال^[10]» در این افزاره‌ها به «اثرپوستی^[11]» وابسته است و همان طور که می‌دانیم خود این اثر به فرکانس بستگی دارد. مقادیر تیپیکال برای یک کلید خوب  عبارتند از: 0/2 دسی‌بل روی 5 گیگاهرتز، 0/5 دسی‌بل روی 18 گیگاهرتز و یک دسی‌بل روی 40 گیگاهرتز.

ضریب جداسازی (ایزولاسیون) در یک رله کواکسیال خوب باید بیش از 90 دسی‌بل در فرکانس‌های بالاتر از 18 گیگاهرتز و بهتر از 50 دسی‌بل روی 40 گیگاهرتز باشد.

کاربرد رله کواکسیال و کلید فرکانس بالا

هنگامی که در یک ایستگاه رادیویی بخواهند از یک آنتن هم برای فرستنده و هم برای گیرنده استفاده کنند، و یا در تجهیزات مخابراتی که دستگاه‌های فرستنده و گیرنده در آنها ادغام شده اند و به صورت یک دستگاه منفرد^[12] هر دو عمل را انجام می‌دهند، برای قطع و وصل کردن آنتن از و به فرستنده و گیرنده، در اغلب موارد از رله کواکسیال استفاده به عمل می آید. به چنین رله‌ای در ادبیات فرکانس بالا «رله‌ی‌TR^[13]» هم می‌گویند که در آن حروف T و R سرواژه‌های «فرستادن» (Transmit) و «دریافت‌کردن» (Receive) است. این رله از مدارهای ورودی گیرنده در برابر توان زیادی که از فرستنده به سمت آنتن می‌رود، حفاظت می‌کند. کنتاکت‌های این رله‌ها به نحوی طراحی شده‌اند که توان فرکانس بالا را به سمت سرچشمه‌ی آن پس نفرستند، و همچنین عایقی گالوانیک و جداسازی الکترومغناتیسی بسیار زیادی بین پایانه‌های فرستنده و گیرنده ایجاد کنند.

«امپدانس مشخصه^[14]» رله کواکسیال باید با امپدانس خط انتقال^[15] و سامانه‌ی مخابراتی یکسان، و مثلاً 50 اهم، باشد.

رله های کواکسیال در دستگاه‌های اندازه‌گیری فرکانس بالا نیز کاربرد دارند و عمدتاً به عنوان کلید الکترونیکی برای تبدیل نسبت تضعیف سیگنال‌های فرکانس بالا مورد استفاده قرار می گیرند.

.

.

انتخاب رله کواکسیال و کلید فرکانس بالا

در انتخاب رله کواکسیال، متناسب با کاربرد مورد نظر، باید نکات زیر مورد توجه قرار گیرند:

.

الف) بازه‌ی فرکانس

کاربردهای فرکانس بالا و مایکروویو در بازه‌ی بسیار وسیعی از چند صدکیلوهرتز تا 60 گیگاهرتز قرار دارند. ارتباطات رادیویی، تلویزیونی، ماهواره‌ای، و برخی فرآیندهای پزشکی- بهداشتی و صنعتی در کنار امور نظامی و امنیتی نمونه‌هایی از این کاربردهای فرکانس بالا هستند. استفاده از افزاره‌های باندپهن^[16] در دستگاه‌های اندازه‌گیری، موجب افزایش قابلیت انعطاف آنها و پوشش وسیع‌تر فرکانسی‌شان خواهد شد. به عنوان مثال، فرض کنید قرار باشد یک دستگاه «تحلیل‌گر شبکه^[17]» به منظور اندازه‌گیری "تلفات تحمیلی" روی یک «زمان جاروب^[18]» یک میلی‌ثانیه‌ای تنظیم شود. در چنین کاربردی، تنظیم زمان یا «سرعت کلیدگری^[19]» به یک عامل بسیار مهم برای اطمینان یافتن از دقت اندازه‌گیری تبدیل می‌شود.

.

ب) "تلفات تحمیلی^[20]"

علاوه بر این، برای انتخاب صحیح فرکانس، ضروریست که تلفات تحمیلی آزمایش شود. تلفاتی بالاتر از 1 تا 2 دسی‌بل سطوح قله‌ای سیگنال را تضعیف کرده و زمان‌ لبه‌های بالارونده و پایین‌رونده‌ی را طولانی‌تر می‌کند. دستیابی به یک تلفات تحمیلیِ پایین در سیستم با به حداقل رساندن تعداد «اتصالات» و «مسیرهای میان‌گذر»، یا با انتخاب افزاره‌هایی با تلفات تحمیلیِ پایین امکان‌پذیر است. نظر به این که توان فرکانس بالا گران است، کلیدهای الکترومغناتیسی باید کم‌ترین مقدار تلفات ممکن را در مسیر انتقالِ توان فرکانس بالا داشته باشد.

.

پ) تلفات برگشتی^[21]

«تلفات برگشتی» حاصل عدم تطبیق امپدانس بین اجزای مدارها است. در فرکانس‌های مایکروویو، ویژگی‌های مواد تشکیل‌دهنده و اندازه‌های اجزا و افزاره‌های شبکه، نقش چشم‌گیری در تعیین تطبیق یا عدم تطبیق امپدانس ناشی از «اثر توزیعی» بر عهده دارند. کلیدهایی که مشخصه ی تلفات برگشتی عالی داشته باشند، انتقال بهینه‌ی توان را از طریق کلید و کل شبکه تضمین می کنند.

.

ت) تکرارپذیری^[22]

«تکرارپذیری» با «قابلیت تکرارشدن» مترادف است و به این معنی است که مثلاً با تکرار یک آزمایش، مقدارهای قرائت‌شده تحت شرایط ثابت در بازه‌ی معینی باقی بمانند. تکرارپذیریِ یک تلفات تحمیلیِ پایین، منابع «خطاهای اتفاقی^[23]»  را در مسیرهای اندازه‌گیری کاهش می‌دهد و می‌تواند با کاستن از تعداد چرخه‌های کالیبراسیون و افزایش فاصله‌ی زمانی میان تست‌های متوالیِ سیستم، هزینه‌ی نگهداری آن را پایین بیاورد.

.

ث) جداسازی^[24]

جداسازی «درجه‌ی تضعیفِ» یک سیگنال نامطلوب است که در درگاه ورود به سامانه ظاهر شود. جداسازی در فرکانس‌های بالاتر مهم‌تر می‌شود. جداسازیِ زیاد تاثیر سیگنال‌ها از کانال‌های دیگر را کاهش می‌دهد، حضور سیگنال اندازه‌گیری‌شده را ابقا می‌کند، و اشتباهات اندازه‌گیری سیستم را پایین می‌آورد. مثلاً، ممکن است لازم باشد در یک سیستم اندازه‌گیری، ماتریسی از کلیدها، سیگنالی با توان -70dBm را که به اسپکتروم آنالایزر می رود و همزمان  سیگنال دیگری را با توان +20dBm هدایت کند. در چنین شرایطی، کاربرد سوییچ‌هایی با جداسازی بالا، 90 دسی‌با یا بیش‌تر، دقت اندازه‌گیری را در سیگنا‌ل‌هایی با توان پایین حفظ می‌کند.

.

ج) سرعت کلیدگری

سرعت کلیدگری به معنی زمان لازم برای تغییر حالت یک کنتاکتِ کلید از «روشن» به «خاموش» یا برعکس از «خاموش» به «روشن» است.

.

چ) زمان ابقا^[25]

چون زمان کلیدگری فقط مقدار نهاییِ 90% ی مقدار ابقا/مقدار نهاییِ یک سیگنال RF را تعیین می‌کند، زمان ابقا عمدتاً در بیان کیفیت کلیدهای نیمه‌هادی داده می‌شود که در انها احتیاج به دقت اهمیت بیش‌تری داشته باشد. زمان ابقا در سطحی نزدیک‌تر به مقدار نهایی اندازه‌گیری می‌شود.

.

ح) استقامت توان^[26]

استقامت توان به معنی توانایی یک کلید در فرآوری توان است و بسیار به طراحی و مواد مود استفاده بستگی دارد. مقادیر اسمی مختلفی برای استقامت توان کلیدها وجود دارد، ازجمله: کلیدگری گرم، کلیدگری سرد، میانگین توان و قله‌ی توان. کلیدگری گرم وقتی است که در هنگام کلیدگری توان فرکانس بالا روی پایانه‌ی کلید قرار داشته باشد. کلیدگری سرد به زمانی گفته می شود که پیش از عمل کلیدگری، توان فرکانس بالا قطع گردد. کلیدگری سرد فشار بر کنتاکت‌ها را کم کرده و باعث افزون‌شدن عمر کلید می‌شود.

.

خ) پایان‌دهی^[27]

پایان‌دهی با یک بار 50 اهمی در بسیاری از کاربردها واجد اهمیت است، زیرا هر خط انتقالی که بیکار و باز بماند امکان دارد به حالت تشدید برود. این امر در طراحی هر سامانه‌ای که تا فرکانس 26 گیگاهرتز و بالاتر کار می کند، مهم است، زیرا نبود آن باعث افت قابل توجه در کیفیت جداسازی کلید خواهد شد. هنگامی که کلیدی به یک افزاره‌ی فعال^[28] وصل شده باشد، توان بازتاب‌یافته از یک مسیر پایان‌دهی نشده، ممکن است باعث آسیب دیدن چشمه‌ی سیگنال شود.

کلیدهای الکترومکانیکی به «پایان‌دهی‌شده^[29]» و «پایان‌دهی‌نشده^[30]» طبقه‌بندی شده‌اند. کلیدهای پایان‌دهی‌شده: وقتی یک مسیر انتخابی بسته باشد، همه‌ی مسیرهای دیگر با بارهای 50 اهمی پایان‌دهی شده‌اند و جریان به همه‌ی سلنوئیدها قطع می‌باشد. کلیدهای پایان‌دهی‌نشده توان را بازتاب می‌دهند و برمی‌گردانند.

کلیدهای حالت‌جامد^[31] به «جذبی^[32]» و «بازتابی^[33]» طبقه‌بندی شده اند. کلیدهای جذبی در خود بر روی هر یک از پایانه‌های خروجی پایان‌دهی 50 اهمی دارند تا در حالت‌های باز و بسته VSWR کمی نشان دهند. کلیدهای بازتابی، وقتی که دیود مربوطه بایاس معکوس بگیرد، توان RF را هدایت می‌کنند و با بایاس مستقیم توان RF  را بازتاب می‌دهند.

.

 د) نشت ویدیو^[34]

«نشت ویدیو» به سیگنال‌های نامطلوب حاضر در پایانه‌های RF در یک کلید اطلاق می‌شود، در حالی که کلید در غیاب یک سیگنال RF راه‌اندازی شده باشد. این سیگنال‌ها از شکل‌موج‌هایی که توسط مدار فرمان کلید تولید‌شده‌اند و، به ویژه، از ضربه‌های ولتاژ زیاد بر روی لبه‌ی بالارونده‌ی ولتاژهایی که برای کلیدگری پرسرعتِ «پین دیودها» لازم هستند، سرچشمه می‌گیرند. بلندی دامنه‌ی نشت ویدیو به طراحی کلید و مدار فرمان آن بستگی دارد.

.

ذ) عمر عملیاتی^[35]

عمر عملیاتی طولانی موجب کاهش هزینه‌ی نگهداری شده و قدرت رقابت محصولات کاربر را بهتر می‌سازد.

.

مقایسه‌ای میان پارامترهای رله کواکسیال و کلید فرکانس بالا

.

.

.

پانویس‌ها: