כאן, ארבעת המאפיינים הבסיסיים של מעגלי תדר רדיו יפורשו מארבעה היבטים: ממשק תדר רדיו, אות רצוי קטן, אות הפרעה גדול והפרעות ערוצים סמוכים, ויינתנו הגורמים החשובים הדורשים תשומת לב מיוחדת בתהליך תכנון המעגל המודפס.

ממשק תדר רדיו של סימולציית מעגל תדר רדיו

המשדר והמקלט האלחוטיים מחולקים מבחינה רעיונית לשני חלקים: תדר בסיס ותדר רדיו. התדר הבסיסי כולל את טווח התדרים של אות הקלט של המשדר ואת טווח התדרים של אות הפלט של המקלט. רוחב הפס של התדר הבסיסי קובע את הקצב הבסיסי שבו נתונים יכולים לזרום במערכת. תדר הבסיס משמש לשיפור אמינות זרם הנתונים ולהפחתת העומס שמטיל המשדר על מדיום השידור תחת קצב העברת נתונים ספציפי. לכן, נדרש ידע רב בהנדסת עיבוד אותות בעת תכנון מעגל תדר בסיסי על גבי PCB. מעגל תדר הרדיו של המשדר יכול להמיר ולהמיר למעלה את אות פס הבסיס המעובד לערוץ ייעודי, ולהזריק אות זה למדיום השידור. לעומת זאת, מעגל תדר הרדיו של המקלט יכול לקבל את האות ממדיום השידור, ולהמיר ולהפחית את התדר לתדר הבסיס.
למשדר שתי מטרות עיקריות לתכנון מעגל מודפס (PCB): הראשונה היא שעליהם לשדר הספק ספציפי תוך צריכת הספק מינימלית ככל האפשר. השנייה היא שהם לא יכולים להפריע לפעולה הרגילה של משדרים-מקלטים בערוצים סמוכים. בכל הנוגע למקלט, ישנן שלוש מטרות עיקריות לתכנון מעגל מודפס: ראשית, עליהם לשחזר במדויק אותות קטנים; שנית, עליהם להיות מסוגלים להסיר אותות מפריעים מחוץ לערוץ הרצוי; ולבסוף, כמו המשדר, עליהם לצרוך הספק קטן מאוד.

אות הפרעה גדול של סימולציית מעגל תדר רדיו

המקלט חייב להיות רגיש מאוד לאותות קטנים, אפילו כאשר ישנם אותות הפרעה גדולים (חסימות). מצב זה מתרחש כאשר מנסים לקלוט אות שידור חלש או למרחק רב, ומשדר חזק בקרבת מקום משדר בערוץ סמוך. אות ההפרעה עשוי להיות גדול ב-60 עד 70 דציבלים מהאות הצפוי, והוא יכול להיות מכוסה במידה רבה במהלך שלב הקלט של המקלט, או שהמקלט יכול לייצר רעש מוגזם במהלך שלב הקלט כדי לחסום את קליטת האותות הרגילים. אם המקלט מונע לאזור לא ליניארי על ידי מקור ההפרעה במהלך שלב הקלט, שתי הבעיות הנ"ל יתרחשו. כדי להימנע מבעיות אלה, הקצה הקדמי של המקלט חייב להיות ליניארי מאוד.
לכן, "לינאריות" היא גם שיקול חשוב בתכנון PCB של המקלט. מכיוון שהמקלט הוא מעגל צר-פס, אי-הלינאריות נמדדת על ידי מדידת "עיוות אינטרמודולציה". זה כרוך בשימוש בשני גלי סינוס או גלי קוסינוס בעלי תדרים דומים הממוקמים בפס המרכזי כדי להניע את אות הקלט, ולאחר מכן מדידת מכפלת האינטרמודולציה שלו. באופן כללי, SPICE היא תוכנת סימולציה גוזלת זמן ועלות רבה, מכיוון שעליה לבצע חישובי לולאה רבים כדי לקבל את רזולוציית התדר הנדרשת להבנת העיוות.

אות צפוי קטן בסימולציית מעגל RF

המקלט חייב להיות רגיש מאוד כדי לזהות אותות קלט קטנים. באופן כללי, הספק הקלט של המקלט יכול להיות קטן עד 1 מיקרו-וולט. רגישות המקלט מוגבלת על ידי הרעש שנוצר על ידי מעגל הקלט שלו. לכן, רעש הוא שיקול חשוב בתכנון המעגל המודפס של המקלט. יתר על כן, היכולת לחזות רעש בעזרת כלי סימולציה היא הכרחית. איור 1 מציג מקלט סופר-הטרודין טיפוסי. האות הנקלט מסונן תחילה, ולאחר מכן אות הקלט מוגבר על ידי מגבר רעש נמוך (LNA). לאחר מכן משתמשים במתנד המקומי הראשון (LO) כדי לערבב עם אות זה ולהמיר אותו לתדר ביניים (IF). ביצועי הרעש של מעגל הקצה הקדמי תלויים בעיקר ב-LNA, במיקסר וב-LO. למרות שניתוח רעש מסורתי של SPICE יכול למצוא את הרעש של ה-LNA, הוא חסר תועלת עבור המיקסר וה-LO, מכיוון שהרעש בבלוקים אלה יושפע קשות מאות ה-LO הגדול.
אות קלט קטן דורש מהמקלט פונקציית הגברה גדולה, ובדרך כלל דורש הגבר של 120 dB. עם הגבר כה גבוה, כל אות המצומד מקצה המוצא חזרה לקצה הקלט עלול לגרום לבעיות. הסיבה החשובה לשימוש בארכיטקטורת מקלט סופר-הטרודיין היא שהיא יכולה לפזר את ההגבר במספר תדרים כדי להפחית את הסיכוי לצימוד. זה גם גורם לתדר של ה-LO הראשון להיות שונה מתדר אות הקלט, מה שיכול למנוע מאותות הפרעה גדולים להיות "מזדהמים" לאותות קלט קטנים.
מסיבות שונות, במערכות תקשורת אלחוטיות מסוימות, ארכיטקטורת המרה ישירה או הומודיין יכולה להחליף את ארכיטקטורת הסופר-הטרודיין. בארכיטקטורה זו, אות הקלט של ה-RF מומר ישירות לתדר הבסיסי בשלב אחד. לכן, רוב ההגבר הוא בתדר הבסיסי, ותדר ה-LO ותדר הקלט זהים. במקרה זה, יש להבין את ההשפעה של כמות קטנה של צימוד, וליצור מודל מפורט של "נתיב האות התועה", כגון: צימוד דרך המצע, פיני החבילה וחוטי החיבור (Bondwire) בין הצימוד, והצימוד דרך קו החשמל.

הפרעות ערוצים סמוכים בסימולציית מעגל תדר רדיו

עיוות משחק גם תפקיד חשוב במשדר. אי-הלינאריות שנוצרת על ידי המשדר במעגל הפלט עשויה להפיץ את רוחב הפס של האות המשודר בערוצים סמוכים. תופעה זו נקראת "צמיחה מחודשת ספקטרלית". לפני שהאות מגיע למגבר ההספק (PA) של המשדר, רוחב הפס שלו מוגבל; אך "עיוות האינטרמודולציה" ב-PA יגרום לרוחב הפס להגדיל שוב. אם רוחב הפס יוגדל יותר מדי, המשדר לא יוכל לעמוד בדרישות ההספק של הערוצים הסמוכים לו. למעשה, בעת שידור אותות מווסתים דיגיטלית, לא ניתן להשתמש ב-SPICE כדי לחזות את הצמיחה הנוספת של הספקטרום. מכיוון שיש לדמות שידור של כ-1,000 סמלים (סמל) כדי לקבל ספקטרום מייצג, ויש לשלב גלי נושא בתדר גבוה, מה שיהפוך את ניתוח המעבר של SPICE ללא מעשי.