Модулi завад РЕБ та проблематика гонки дiапазонiв

Наразi вже актуальнi бенди й нижче 300 MHz. Типовi 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1200, 1500, 2100-2800, 4300-5900 МHz й ще деякi нюанси по частотам. Перекрити це все одночасно в умовах "окопу" нереально саме за великого споживання. От тому актуальний Smart РЕБ, де або монiторити пiдарiв та вмикати потрiбнi модулi для економiї енергiї та або генерування подавлення саме на тих частотах та смугах. Плюс ще трекерна система для антен, якщо треба - зменьшити потужнiсть, зекономити споживання та використати направленi...

Схема принципова класичного прототипу РЕБ:

При проектуванні систем РЕБ приділяйте увагу наступним нюансам:

1. Використання меж генерування 50W модулем бiльше 100 MHz не буде давати достатню щiльнiсть подавлення. Треба утискати до щiльностi 1W/MHz. Тому потужностi меньше 50W не мають сенсу саме для купола (подiлiть на 360 градусiв по азимуту та ще розпорошiть по куту мiсця)
2. Ще треба закривати всi полярiзацiї, а це тiльки один бенд на одну полярiзацiю, LHCP чи RHCP. На RHCP або LHCP ще такий же модуль
3. На додачу ще 2 антени на кожен бенд, бо купольнi антени здебiльшого монобендовi
4. Окрiм цього, антени обов'язково розносити одна вiд одної для виключення спотворень дiаграм спрямованностi та інтермодуляційних спотворень мiж сусiднiми RF драйверами (останнє виключається циркулятором в кожному модулi)
5. При замовленнi модулiв треба перевiряти чи вбудований циркулятор в кожен модуль для захисту RF-драйвера при проблемах з антеною чи кабелем, причому саме циркулятор* буде визначати межi можливого змiщення по частотам
6. Модулi VCO краще перекривати по бендам, альтернатива - це DDS, де потужнiсть рiвномiрно розпорошується по спектру або ще краще - модулi завад з Lora-генератором преамбули
7. Кожний модуль треба живити окремим DC-DC з захистом виходу по КЗ, щоби мати можливiсть роботи iнших при проблемах з одним чи декiлькома модулями завад
8. Правильне охолодження (був окремий пост про це)
9. Тепловий захист - основа проектування та надiйнiсть роботи РЕБ. Краще використати два термореле - перше нормально розімкнуте на 50 °C для увiмкнення охолодження (що при короткочасному включенні робить РЕБ безшумним), а друге нормально замкнене на 75 °C для аварійного вимкнення модулiв завад. Слiд мати на увазi, що керамiчнi термореле (термозапобiжники) мають властивiсть пробиватися на корпус. Тому краще монтувати саме в розрив на мiнус (корпус), а не плюс
10. Врахування ККД роботи модулiв по частотам для обирання запасу по ємності живлення. На НВЧ практично не вище 25-30%, на 2m та 70cm ККД вже 60-70%
11. Не довіряйте вбудованим китайським індикаторам напруги з коробки, якщо ви такi використовуєте. Після монтажу перевірте окремим тестером та відкалібруйте iндикатор регулятором на ньому та додайте по входу пару нанофарад ємності для зменьшення завад, використайте ferrite bead
12. Розташовуйте DC-DC якомога ближче до джерела живлення та подалі від антен РЕБ та приділіть особливу увагу екрануванню DC-DC. Типові DC-DC для бортових систем мало того, що не ізольовані ланцюгами живлення, так ще й не мають екранування від впливу ЕМП. Екрануйте, інакше DC-DC може піти в "рознос" і спалити ваш модуль
13. Приділяйте увагу придушенню ВЧ струмів по живленню. Замість намотування синфазних дроселів на феритах з індуктивним опором та невеликим запасом по насиченню плюс додаткового падіння напруги на дротах дроселя, краще використати - завадопоглинаючі ферити (ferrite bead). Фізика роботи ferrite bead в тому, що вони працюють як активний опір для RF струмів по дротам вище заданих частот, які повністю переходять у тепло
14. Приділяйте увагу придушенню ВЧ струмів по оплетенню RF-коаксильних фiдерiв вiд джамерiв до антен. Використовуйте коаксиал з підвищеною плотністю зовнішнього оплетення або з подвійним оплетенням. Також придiляйте увагу мiсцям стику коаксиалiв з конектором
15. При вiддаленні джерела живлення від модуля завад контролюйте падіння напруги на силових дротах, якщо більше вольта, то такі просідання неприпустимі і слід збільшити перетин проводів (від 8 квадратів). Джаммер 28V буде працювати й при знижених напругах до 14V, потужнiсть буде меньше

Варiанти захисту вiд вiдсутностi антени

В професiйних пiдсилювачах та трансиверах для захисту вiд вiдсутностi антени або антени iншого бенду класично ставлять НО (частiше на МПЛ), з якого пiсля детектора рiвень зворотної хвилі через нормований підсилювач знижує рівень змiщення RF-драйвера, знижуючи тим самим Pout при збiльшеннi КСХ. Циркулятор - пасивний захист, ніяк не виключає перший метод, як й перший не виключає другий. Навіть G-niceRF випустили 30W лора-модуль з шоколадкою і додали на плату циркулятор. А китайські виробники рангом нижче взагалі побічно роблять захист, вимірюванням падiння напруги на шунті в силовому ланцюгу. Або ось, в портативних антенах Харіс ставлять тупо еквiвалент паралельно, щоби для вихідного драйвера завжди було добре. Те ж метод, а ефективнiсть нiяка, там головне в MIL щоби задачу виконувало

Увімкнення модуля РЕБ в автоматичному режимі з TinySA Ultra

Можливість автоматичного увiмкнення шумового генератора (джаммера) через комутацiю зовнішнього реле при появi сигналу на певнiй частотнiй ділянці:

    

Коротко про складовi РЕБ

Термозапобiжники:

Циркулятор з фiктивним навантаженням (еквiвалентом):

Модуль VCO джамера:

Модуль White Noise Signal джамера (до нього ще потрiбен окремий PA):

Модуль окремого PA 100W на 20-6000MHz:

Правильне з'єднання коаксіального кабелю вiд джамера з RF-коннектором на антену:

Характер поведiнки iмпедансу Ferrite Bead:

DC/DC перетворювач без екранування:

Майте на увазi, що на частотах 2.4 та 5.8 GHz ККД драйверiв рiдко вище 25...20% на вiдмiну вiд PA до субгiгагерцових частот (там ККД вiд 60 до 70%). При розрахунках споживання враховуйте не тiльки ККД кожного джамера, але й ККД кожного перетворювача DC-DC.

Про міжпортову ізоляцію з декількома антенами в РЕБ

На практицi рівень розв'язки між антенами в будь-яких фактичних положеннях можна перевіряти за допомогою будь-якого двопортового векторного аналізатора... наприклад нанки чи LiteVNA в режимi Logmag S21:

Дуже наглядне вiдео, але автор практично побіжно згадав про взаємозв'язок величини послаблення з відстанню між антенами:

    

Як можна побачити для частоти 900 MHz (довжина хвилі 33 см):

1. Відстань між сусідніми антенами 0.5 лямбди
2. Рівень розв'язки становив ~ -13 dB (за фактом це підтверджує правило рознесення між антенами в 1-1.15 лямбди в стеках з антенами однакової поляризації)
3. Незважаючи на перетікання 5% потоку потужності в сусідній модуль, виробники (розробники) РЕБ нічого з цим не роблять заради компактності

З іншого боку, за наявності циркуляторів у кожному з модулів постановникiв завад та наскільки сучасні LDMOS стійкі до зворотної хвилі, ефектом нехтують.

Про iнтермодуляцiю та взагалi. З гумором про серйозне

Можу рекомендувати наступнi матерiали:

1. Justin Henrie, Andrew Christianson, William. Chappell. Engineered Passive Nonlinearities for Broadband Passive Intermodulation Distortion Mitigation https://ieeexplore.ieee.org/document/5233752
2. Andrew Christianson, William Chappell. Measurement of ultra low passive intermodulation with ability to separate current/voltage induced nonlinearities https://ieeexplore.ieee.org/document/5165943
3. P.L. Lui, A.D. Rawlins. The field measurement of passive intermodulation products https://ieeexplore.ieee.org/document/114252
4. Passive Intermodulation (PIM) Effects in Base Stations: Understanding the Challenges and Solutions https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/passive-intermodulation-effects-in-base-stations-understanding-the-challenges-and-solutions.html
5. How does Intermodulation Distortion occur https://www.rfpage.com/how-does-intermodulation-distortion-occur/#:~:text=Intermodulation%20is%20a%20phenomenon%20of,cause%20interference%20to%20the%20system.

Коли увімкнув РЕБ на нестандартні частоти:

    

Про правильне охолодження модулiв РЕБ

Небагато виробникiв РЕБ замислюються про правильне охолодження модулів завад, внаслiдок чого деградацiя драйверiв PA тiльки збiльшується. Не кажучi, що й розрахунок PA не кожен зможе зробити. Хоча й готовi системи охолодження доступнi, наприклад ось https://www.becker-rf.com/files_db/1678099745_4562__17.pdf. Для швидкого розрахунку можна використати номограму, що враховує запас надійності по потужностi розсіювання.

Наприклад, для профiлю нижче задамося...

1. Вихідна потужнiсть Prf одного модуля = 50W
2. Потужність споживання Po= ~200W на 5.8GHz
3. Периметр профілю Lп= 0.8079 м
4. Допустима температура перегріву = 30°C
5. Потужність розсіювання Pr= Po - Prf = 200 - 50 = 150W

Необхідна площа відведення тепла за номограмою для потужності 150W і температури перегріву 30°C складе:

Sr= 5565 см^2

Площа радіаторного профілю на погонному метрі:

Sп= Lп * 100 = 80.79 * 100 = 8079 см^2

Необхідна довжина профілю становить:

L= Sr * 100 / Sп = 5565 * 100 / 8079 = 68 см

Отже зменьшення довжини профiлю можливе при примусовому охолодженнi та збiльшеннi площi радiаторного профiлю. Враховуючi цiну профiлю, кулер стає привабливим.

Постскриптум

Шановні читачі, якщо мої дописи вас зацікавили – пiдтримайте збiр або ставайте спонсорами Youtube-каналу LaboratoryW з ексклюзивними лайфхаками.

Кориснi матерiали

1. Робота РЕБ та PEP в комплексi та захист PEP приймачiв вiд впливу РЕБ в ближньому полi
2. Увімкнення модуля РЕБ в автоматичному режимі з TinySA Ultra
3. Завади для керування БПЛА. На сьогодні існує кілька видів атак на Lora
4. Для чого розносити РЕБ та РЕР в просторi та за часом
5. LR-FHSS. Як працює ППРЧ в Lora
6. Запис сигналу БПЛА Суперкам для перевірки детекторів дронів
7. SAW (ПАВ) фiльтр для збiльшення дальностi польотiв БПЛА
8. P-I-N діоди, чи все так просто (звичайнi, обмежувальнi або RF лiмiтери)
9. Автомаяк в FM при виявленнi в спектрi на Lora та вiдео з БПЛА
10. Детектор дронiв "Цукорок Ванiльний" з захистом вiд РЕБ
11. Про фiдер замовте слово...
12. Як правильно тестувати антени
13. Як скласти сигнали спіральних антен з одностороннім намотуванням або антен лiнiйних полярізацiй
14. Індуктивності та BIAS дроселi, чи все так просто?
15. Не забувайте пiдтягувати потенцiали вiльних пiнiв власних девайсiв
16. Як оцінити підсилення рупорної антени
17. Приклад, коли лiмiтер лiплять прямо в саморобну антену для PEP
18. Антени для PEP детекторів дронів. Рекомендації щодо застосування
19. Передача відеосигналу PAL, NTSC, SECAM, D/D2-MAC з HackRF
20. Кориснi ресурси та лайфхаки з HackRF для РЕР