مقدمة: دب لا يُستهان به في الهندسة التابعة لمحطة RF

وفي عالم هندسة الترددات اللاسلكية، يُعتبر مفهومان دعامة لتحليل نظام الهوائي: سميث شارت ومعدل الموجة الدائمة في فولتج، ويُفسّر الرسم السمي، الذي اخترعه فيليب ه. سميث في الثلاثينات، طريقة رسمية لتخيص الإرسال المعقد ومعاملات التأمل في مؤامرة القطب.

ما هو VSWR؟

(VSWR) هي من أجل نسبة الموجة الدائمة للفولت، وهو رقم لا يبعد عن البعد يصف الخطأ بين خط الإرسال و حمولة (وهوائي على نحو ما) عندما يغذي المصدر خط انتقال ينتهي بواسطة هوائي، أي فرق بين مدى انتشار الهوائيات وتشوه الخط الظاهري (Z)

VSWR Formula and Ideal Values

  • Perfect match:] VSWR = 1:1 (لا تعكس الطاقة، الحد الأقصى لنقل الطاقة).
  • نظم عملية: ] VSWR below 1.5:1 مقبولة عموما؛ وأقل من 2:1 شائع في العديد من التطبيقات.
  • High VSWR: ] Values above 3:1 indicate significant mismatch, leading to power loss, heat generation, and potential damage to the transmitter's final amplifier stage.

ويربط التعريف الرياضي بين VSWR مباشرة وحجم معامل التأمل ( ⁇ ):

VSWR = (1 + ⁇ ) / (1 - ⁇ ) ]

/ (Z]L - Z0 ) / (Z]L + Z0

لماذا VSWR مسائل في نظم هوائيات

ويضمن انخفاض مستوى القدرة على إحداث الاحترار العالمي أن يصل الحد الأقصى من الطاقة في إطار الترددات إلى الهوائيات للإشعاع، ولا يقتصر ارتفاع مستوى الترددات على النفايات، بل يمكن أن يتسبب أيضاً في:

  • إعادة الكهرباء إلى جهاز الإرسال، مما قد يضر بأجهزة تحويل النواتج.
  • زيادة الخسائر في خط النقل بسبب ارتفاع التيارات في أعلى مستوى للفولتاج ماكسيما
  • ويصبح تدهور نطاق الترددات في النظام مطابقا للشبكات مراعية للترددات.

ولذلك، فإن قياس وخفض مستوى العنف ضد المرأة هو هدف أساسي في تصميم نظام الهوائيات، حيث يلمع سميث شارت كأداة غير ملائمة لتصوير وحل المشاكل المطابقة للمواقف.

"سـمـثـيـث" "مـنـزل جـامـي"

The Smith Chart is essentially a mapping of the complex impedance plane (or admittance) into a unit cycle using a bilinear transformation. It displays normalized impedance (z = Z/0) with constant-resistance cycles = constant-reactance arcs. It also shows the reflection coefficient magnitude and angle at each point chart.

أهم صور سمث شارت

  • Normalized impedance coordinates:] The horizontal axis is pure resistance, with values increasing to the right. The upper half is positive reactance (inductive), lower half negative reactance (capacitive).
  • الدوائر المركزية التي تركز في مركز الرسم البياني تمثل بثا ثابتاً من طراز VSWR.
  • Admittance version:] The Smith Chart can also be used with admittance (normalized y = Y /]0), useful for parallel components.
  • Angle and magnitude:] The radial distance from center gives ⁇ ; the angular position gives the phase angle of ⁇ .

وكثيرا ما يستخدم المهندسون شارة سميث لإجراء تحولات في التخلف بإضافة سلسلة أو مكونات ممزقة، أو باستخدام أجزاء خطوط النقل (السندات) ويقضي المخطط على الحساب المعقد، ويوفر طريقا مختصرا مرئيا يكشف عن أثر كل تعديل على الفور.

Connecting the Smith Chart to VSWR: Visualizing the Match

The fundamental link between the Smith Chart and VSWR is the reflection coefficient. Since VSWR depends solely on ⁇ , any point on the Smith Chart that lies on a given constant- ⁇ cycle has the same VSWR. In other words, all normalized impedances that fall on the same cycle produce the same standing wave ratio. This makes the Smith Chart an extremely efficient way to [FvaluT:0]e

  1. ضعي التعبئة العادية على الخريطة
  2. ابحث عن المسافة من تلك النقطة إلى مركز المخطط (هذه المسافة هي ⁇ ).
  3. اقرأوا الـ VSWR من الجدول على المحك الأفقي (أو من الدوائر الثابتة في VSWR).

For example, a normalized impedance of z = 2 + j0 (i.e., Z]L] = 100 ohms on a 50-ohm line) lies on the real axis at ⁇ = (100-50)/(100+50) = 0.333. Using the formula, VSWR = (1+0.333)

Determining VSWR from any Impedance

لا حاجة إلى حساب خط البرمجيات VSWR لأي عصيان معقد، بل إلى رسم خط من مركز المخطط عبر نقطة مؤامرة إلى الطرف الخارجي، ثم قراءة الزاوية (لمرحلة التأمل)، وتُحدد هذه الصورة بتتبع دائرة VSWR الثابتة التي تمر عبر النقطة، ومعظم سمث سميث تشارتز لديها جدول مطبوع تحت الخريطة يحول مباشرة مسافة من المركز (إثنان)

Practical Tip:] When designing matching networks, you can annotate the desired VSWR cycle (e.g., 1.5:1) and then select components that transform the load impedance to a point inside that cycle. This method ensures the final design meets VSWR specifications across the intended bandwid.]

استخدام شعار سميث للتقليل من حجم VSWR: تطابق التقنيات

الهدف النهائي لأي مصمم لجهاز هوائي هو تحقيق مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس مقياس الترددات التشغيلية، ويوفر سميث شارت عدة تقنيات تطابق كلاسيكية:

مُسدّس واحد

وينطلق خط الانتقال القصير أو المنفتح على مسافات محددة من الحمولة لإلغاء الجزء التفاعلي وتعديل الجزء المقاوم، ففي حالة سمث تقطع أولاً قبول الحمولة (بتناوب 180 درجة عبر المركز) ثم تتحرك على طول خط النقل (بإطلاق النار على المولد) حتى تتداخل دائرة الإعتراف مع نقطة الاستحقاق

الربع - المتحولون

For purely resistanceive loads, a quarter-wave section of transmission line with characteristic impedance Ztrans] = √(Z]0 × ReL) يمكن أن يطابق الحمولة إلى خط التحول الرئيسي، فيما يتعلق بنقطة التحويل الحقيقية

مركب مركب مطابق للشبكة (L-Networks)

وباستخدام المكثفات والموصلات، يمكن للمهندسين تصميم شبكات L أو T أو بي، ويبسط هذا بسمك سميث شارت برسم صورة الشحنة ثم يضيف سلسلة أو خطوات ردة فعل مائلة، وينتقل كل موصل أو مكثف من سلسلة من الموصلات إلى دائرة دائمة المقاومة (أفق على مركز سمث شارت)، بينما ينتقل عنصر مائل إلى نظام القبول الثابت).

ربط النطاق العريض

وبالنسبة إلى الهوائيات ذات النطاق العريض، يجب الحفاظ على المطابقة عبر نطاق الترددات، ويمكن لفرقة سميث شارت أن تبين مدى تغيرات الارتداد (التي كثيرا ما تُرسم كتعقب مع علامات التردد) ويمكن للمهندسين، باستخدام محولين متعددي القطاعات أو خطوط ملصقة، أن يبقوا الأثر في دائرة منخفضة الترددات على نطاق الفرقة، وهذه التغذية البصرية لا تقدر بثمن على تحقيق أقصى قدر من الترددات دون عمليات حساب معقدة.

التطبيقات العملية لمؤسسة سميث المحدودة ومؤسسة VSWR في نظم أنتينا

الأنتينا تونينغ وبوتسي

وأثناء تطوير الهوائيات، يستخدم المهندسون جهاز تحليل شبكة ناقلات لقياس الارتداد مقابل التردد، ويعرض نظام تقييم التقلبات في الأشعة فوق البنفسجية الافتراضية مباشرة على شارة سميث، ويمكنهم، من خلال فحص VSWR في كل تردد، تعديل قياس هندسة الهوائي (مثل طول العنصر، وسرعة التصفح، وحجم الطائرة الأرضية) من أجل تقريب الارتداد إلى 50 أوما.

كشف خط الخزنة

يمكن للمهندسين تقدير المسافة إلى الخطأ، وهذه التقنية المعروفة باسم الزمن تعكس الكم في مجال الترددات، تستغل قدرة الرسم البياني على إظهار خط التحول.

تصميم الأنتينا المتعددة النطاق

ويجب أن يعمل العديد من الهوائيات الحديثة (مثلاً في الخلايا أو شبكة الإنترنت أو النظام العالمي لتحديد المواقع) على عدة مجموعات، كما أن شركة سميث المحدودة تساعد المصممين على إنشاء شبكات متطابقة تقدم خدمات VSWR منخفضة على كل فرقة، وكثيراً ما تستخدم نقاط متعددة أو مكونات مبدلة، وبإطالة آثار الارتحال بالنسبة لجميع العصابات، تكشف الخرائط عن وجود تركيز للجهود المطابقة.

مثال على الخطوة خطوة خطوة إلى الأمام: استخدام شعار سميث لإكمال VSWR

  1. Normalize the load impedance:] Suppose ZL = 30 - j40 راء على خط 50-ohm. then z = (30 - j40)/50 = 0.6 - j0.8.
  2. Plot on Smith Chart:] Locate the intersection of the constant-resistance cycle r=0.6 and the constant-reactance arc x=-0.8. Mark point A.
  3. Determine ⁇ :] Measure the distance from the chart center to point A. Using the scale, this distance corresponds to ⁇ = 0.6 (for this example). Alternatively, calculate ⁇ = (z-1)/(z+1) = (0.4 - j.8) / (1.6 - j0.8) ⁇ magnitude ⁇
  4. Read VSWR: ] A constant VSWR cycle with radius corresponding to ⁇ =0.6 passes through point A. ThatCirc's VSWR is (1+0.6)/(1-0.6) = 4.0:1.
  5. إلى نقطة متطابقة بين (VSWR) و(strong ⁇ ) لتحقيق الهدف التالي: 1.5: 1 (وحتى 2) يجب أن نحول هذا الإزعاج إلى نقطة داخل دائرة صغيرة حول مركز الرسم البياني، ويوحي سميث شارت، بصراح، بأن إضافة موصل سلسلة (تتحرك على طول دائرة ثابتة نحو إيجابي X) أو جهاز كابشي (ت على طول دائرة ثابتة)

مع الممارسة، يمكن للمهندسين أن يؤدوا هذه العملية في ثوان دون أي حسابات، وذلك بفضل الهندسة غير المناسبة لشارع سميث.

الموارد الخارجية لمواصلة التعلم

الشلالات المشتركة والاضطرابات

إبطال التواتر

(سميث شارت) هو صورة واحدة، الهوائيات الحقيقية تتفاوت مع الترددات، شبكة مطابقة مصممة على تردد واحد قد تسوء في جهاز (في إس دبليو آر) في آخر، دائماً ما تفحص الأثر عبر الفرقة بأكملها لضمان بقاء (في إس دبليو آر) في حدود مقبولة.

Misreading Normalized Values

إن نسيان التشويش يمكن أن يؤدي إلى قيم عنصرية خاطئة، وعندما يستخدم الرسم البياني للعناصر المقطوعة، فإن رد الفعل المبيّن يُطهر؛ ويجب أن تضاعف من قبل Z0 للحصول على أوهام فعلية.

Overvis Parasitic Effects

في ارتفاع الترددات، الطفيليات المكوّنة (خطابات المكثفات، غطاء المختطفين) تحول الازدحام، ويمكن لفرقة سمث شارت أن تُعدّ هذه الطرازات إذا أضيفتها كعنصرين إضافيين.

:: المرحلة التي يُستخدم فيها معامل التكرار

VSWR يعتمد فقط على ⁇ ، ولكن مرحلة ⁇ حاسمة لتحديد أين وضع الحوض.

خاتمة

(أ) شركة سميث وشركة VSWR شركاء لا ينفصمون في تحليل نظام هوائي، وتوفر شركة VSWR قدراً كمياً واضحاً من سوء المطابقة، بينما تقدم شركة سميث المحدودة وسيلة مرئية غير ملائمة لفهم هذا الخطأ وتصحيحه، وبتعلمها أن تبحر دوائر التناغم الدائمة في نظام VSWR على الخريطة، يمكن للمهندسين أن يقيّموا بسرعة أداء المثابرة المُتة، ومعرفة على شبكة الاتصالات اللاسلكية، ومعرفة

وباختصار، فإن شعار سميث ليس مجرد رواية تاريخية؛ فهو أداة حية لا تزال توفر ساعات من الحساب وتوفر رؤية عميقة لسلوك العصيان، إذ أنه يجمع بين VSWR باعتباره القياس الرئيسي، فإنه يمكّن المهندسين من تحقيق الهدف النهائي لأي نظام هوائي: أقصى انتقال للطاقة بأقل قدر من التأمل.