مؤسسة التصميم على أساس النتائج

وترتكز هندسة الترددات الراديوية على مجموعة صغيرة من الأفكار الأساسية التي تربط بين الرياضيات المجردة وسلوك الدائرة الحقيقية، ومن بين هذه المعايير، تشكل معايير الفرز ورسم الخرائط ذات الصلة بسامية زوجين لا يمكن فصلهما، ويلتقط أحدهما الطبيعة الموجية للإشارة العالية التردد من خلال مصفوفة من الأرقام المعقدة؛ ويترجم الآخر هذه الأرقام إلى خريطة بصرية تبين مدى انتشارها، والتفكير، وظروف الارتقاء عند التمرين.

ما هي البارامترات؟

- معايير الارتداد، وقصرها عن معايير الارتداد، ووصف كيفية التصرف في موجات الفولط أثناء انتقالها عبر شبكة خطية، وإزاء انخفاض الترددات، يستخدم المهندسون عادة الاختراق أو معايير القبول، التي تتوقف على فتح الدوائر ووقف الفصل القصير، ولكن هذه الإنهاءات تصبح غير عملية عندما تنكمش الموجات إلى حجم الدائرة الأولى نفسها.

مصفوفة S-Parameter

بالنسبة لجهاز مع ميناءين، فإن المعادلات الخاصة بالمساحة تبدو مثل هذا:

b1 = S]11 a1] + S12 a]2

b2 = S]21 a1] + S22 a]2

In these expressions, a1 and a2 represent the incident wave amplT:4]1

المعنى المادي لكل بارامتر

  • S]11[ - معامل انعكاس مركب للمدخلات عندما يُنهى الميناء 2 في الواجهة المرجعية، ويعني حجماً كبيراً أن جزءاً كبيراً من قوة الحوادث يتراجع إلى المصدر.() بالنسبة لمعامل التأمل في الموانئ() -10 د.ب() أو أفضل (S[FT5:]
  • S]21 - ازدياد الفولط الأمامي أو فقدان الادراج من الميناء 1 إلى الميناء 2. In an amplifier this is the gain; in a filter it is the insertion loss through the passband. Insertion loss = -20 log ⁇ S
  • S]12] - المكسب العكسي للفولت، الذي يخبرك عن مدى تسرب الإشارات من الناتج إلى المدخلات، وينظم هذا البارامتر العزلة والانقلاب العكسي.() وفي مضخة مصممة تصميماً جيداً، S(12) [FLT:])
  • S]22 - معامل انعكاس مركب الناتج عندما يُنهى الميناء 1 في التخلف المرجعي.

لأن كل مباراة معقدة، تحمل معلومات عن حجمها ومراحلها، وعندما تمسح التردد وتتتبع كيف يتحرك البارامترات عبر الطائرة المعقدة، تكشف عن الصبر، والحدود القصوى، وسلوك الاستقرار الذي يصعب رؤيته من الأرقام وحدها، ولا يمكن لرسم بياني للقيم الحقيقية والتخيلية أن ينقل مسار الإهمال كتغييرات في التردد، أي حيث يصبح مخطط سميث أساسيا.

The Smith Chart as a Visual Engineering Tool

وفيليب ه. سميث اخترع خريطة سميث في الثلاثينات، ولا تزال واحدة من أكثر المعونات البصرية اناقة في جميع الهندسة الكهربائية، وفي جوهرها، فإن خريطة سميث هي مؤامرة القطبية لمعامل التأمل الفولطي، وتقابل الدائرة الخارجية ⁇ = 1، أي انعكاس كامل، نقطة الوسط هي ⁇ = صفر، وهو ما يمثل تطابقاً مثالياً مع مخططات التحول المميزة.

معامل التكرير إلى إعاقة

العبقري الحقيقي لرسم سميث هو تحوله المبني في تنسيق كل نقطة على الطائرة تتطابق بشكل فريد مع حالة معقدة من التشويش

⁇ = (Z – Z0) / (Z + Z]0)

Rearranging this gives Z = Z0 (1+ ⁇ )/ (1 ⁇ )

لماذا (سميث شارت) يبقى ذا صلة

حتى مع أدوات تصميم قوية بمساعدة الحاسوب، فإن مخطط سميث لا يزال قائماً لأنه يبني حدساً، ويراقب S11[FLT:]

How S Parameters and Smith Charts Connect

S[FLT] link between S parameters and the Smith chart is direct and immediate: S[FLT:]11[FLT:] and S[FLT reflections:

Plotting S11] on the Smith Chart

In Suposose a vector network analyzer measures an amplifier's S11 at 2.4 GHz as 0.6 ⁇ 30°. To plot this, location the radial distance 0.6 from the center at an angle of 30° measured counter hours from the positive real axis.

قراءة الدوريات في الصراخ التواتر

عندما تمسح التردد وتشاهد الـ S 11 ]

  • Spiraling toward the center:] The input impedance is approaching a good match. A well-designed antenna typically shows S]11]] crossing near the center at its resonant frequency. The smaller the spiral radius, the broader the bandwidth.
  • A large cycle near the outer edge:] High reflection, indicating either a severe mismatch or a near-open or near-short condition. When the curve passes through the real axis, the impedance is strictly resistive and likely at a resonance. A full cycle that touches the unit cycle suggests a series or parallel resonance.
  • Clockwise against counter clockwise circulation:] The direction of rotation with increasing frequency reveals how the reactive part changes. A clockwise trace generally indicates the net reactance is becoming more capacitive, while counter clockise indicates it is becoming more inductive. However, this depends on the reference plane; a change in transmission line length can reverse the direction.

هذه اللغة البصرية تحول خريطة سميث إلى أداة تشخيصية إذا كان جهاز التصفية S 11] تتبع حلقات غير متوقعة داخل نطاق المرور، قد تشير إلى جهاز فرز خاطئ أو قوارب طفيلية يصعب تحديدها من البيانات الافتراضية، كما أن شكل الأثر يكشف أيضا عن عامل التردد Q:

الخطوات العملية للعمل مع البارامترات وسميث تشارت

وتبسط المعدات الحديثة العملية، ولكن فهم كل خطوة يعزز المفاهيم، وهنا تدفق العمل خطوة بخطوة ينطبق على ما إذا كنت تستخدم نظام تقييم الأداء أو أداة محاكاة.

  1. Obtain S-parameter data.] This can come from a VNA measurement Save in Touchstone format (.s1p,.s2p, etc.) or from a simulation output such as from Keysight ADS, NI AWR, or open-source QUCS.
  2. Extract S]11] or S22 magnitude and phase at each frequency. Most software handles this automatically. If working manually, ensure the data is in a format that separates magnitude and angle.
  3. Plot each point on a polar chart with the Smith chart grid overlaid.] The magnitude sets the distance from the center, and the phase sets the angle counter clockwise from the right-hand zero-phase axis (positive real axis). Use a scale that accommodates the full unitCirc.
  4. Connect the points in order of increasing frequency.] Add frequency markers to clarify the direction of the sweep. Many VNAs allow you to annotate points at specific frequencies directly on the display.
  5. () ترجمة التعقب. ] تحديد المقاومة، ردود الفعل، وكيفية تحولها مع التردد، والبحث عن السمعات التي يعبر فيها الأثر المحور الحقيقي، وملاحظة النطاق الترددي حيث يظل الأثر ضمن دائرة معينة من دائرة VSWR (مثل VSWR 2:1) مطابقاً لـ ⁇ = 0.333)، وتقييماً لتطابق النوعية.

بالنسبة لمطابقة الإفتراضات، يمكنك استخدام خريطة سميث لتصميم شبكة لانتيكب عن طريق سحب المقاومة المستمرة ودوائر السلوك المستمرة وكل عنصر تفاعلي يحرك النقطة على طول مسار معروف حتى يصل إلى المركز، ويكتشف العناق أو الإكفاء المطلوبين من التغير في رد الفعل الطبيعي وتواتر التشغيل.

التطبيقات المتقدمة التي تتجاوز مجرد التنقيب

While S11 and S22 map directly onto the Smith chart, the transmission parameters S21 and S12 are usually displayed on magnitude-ffffffus design.

البارامترات المستخدمة في نقل الانبعاثات والتصنيع الكامل

معرفة ما يُعرِفه المُضخم من مدخلات ومخرجات يتيح لك تحديد المكاسب الإجمالية من خلال العلاقات:

IN = S]11 + (S12] S21]] ⁇

OUT = S[22 + (S12 S21]

These expressions show that the effective reflection coefficients depend on the load ⁇ L and source ⁇ S terminations. By plotting ⁇ ]L and ⁇ [FLT optim

شبكات سيركات تحقيق الاستقرار والربط

وعند تصميمها بأجهزة نشطة، لا تضمن معايير SI) وحدها الاستقرار، ويمكن للمضخم أن يُنقش إذا تسببت بعض الشحنات أو المصادر في حدوث ⁇ IN ] ⁇ 1 أو ] ]OUT ⁇ 1 - يمكن أن تكون دوائر القابلية للتصميم مصممة على أساس ثابت من النواتج.

[FLT:]IS[FL:]

ثم اختيار إنهاء الشبكة المطابقة داخل المنطقة الآمنة، وهذا التفاعل بين البيانات الخاصة بالمسافات الخام ورسم سميث هو ممارسة معيارية في نظام تقييم الاحتياجات المحلية وتصميم مضخم الطاقة، وبالنسبة للمضخمين ذوي الطاقة العالية، كثيرا ما تكون بيانات الحمولة مشرفة على خريطة سميث، مما يبين وجود مواضع من قوة الإنتاج المستمر والكفاءة كوظيفة من وظائف الإهدار، ثم يختار المصمم الحمولة التي توازن الأداء الأفضل.

"إمبيدانس" "مُطابقة مع "سميث شارت

ومن بين المهام الأكثر شيوعا في هندسة إدارة الدعم الميداني تحويل تنازلات معينة في تحميل النظام إلى الحد الأدنى من التأمل، وتُظهر خريطة سميث هنا لأن إضافة سلسلة أو تقطيع العناصر التفاعلية تحرك نقطة الانقطاع على مسارات يمكن التنبؤ بها، ويمكنك تصميم شبكات مضاهاة دون حل معادلة واحدة.

العناصر المدرجة في المجموعة

  • Adding a series inductor] moves the impedance point clockwise along a constant resistance cycle. The distance along the cycle corresponds to the normalized reactance increase: drox = L / Z0.
  • Adding a series capacitor] moves the point counter clockwise along the same constant resistance cycle, with dux = -1 / (MC Z]0).

عناصر شونت

ويعالج أفضل العناصر الشائكة بتحويلها إلى قبول، ويضاعف مخطط سميث كخط قبول فقط عن طريق تناوب الطائرة بأكملها بـ 180 درجة، وينقل محمول (مصدر حساس) مسار العمل المضاد على مدار الساعة، ويستخدم رسم بياني مسموع للزمن، ويستخدمه العديد من المخططات الهندسية.

هذه الطريقة المطابقة للرسوم البيانية تجعلك تبني خطاً للشبكة أو شبكة الحرف اليدوية بسرعة دون حل معادلة متزامنة، وكل قيمة مكونة تُقرأ مباشرة من رد الفعل الطبيعي أو تغيير القناع على طول الطريق، ثم تنتقل إلى خط العرض أو الإقفال المطلق باستخدام التردد المستهدف، مثلاً لتطابق سلسلة مقاومة ثابتة تبلغ 100 كيلو متر مربع إلى 50 أوم

تحليل الإغماءات الهوائية: نموذج مستعمل

(أ) أن تنظر في حالة تسارع في سرعة الـ (ج.م.م.م.م.م)

ومع أن الترددات تنطلق من 2.4 غيغاهيرتز إلى 2.5 غيغاهيرتز، فإن الشبكة S11] تتبدى على خريطة سميث حلقة قريبة من نقطة التشغيل هذه، وإذا ظلت الحلقة قريبة من المركز عبر الفرقة (مثلاً، داخل الدائرة الثانية -1)، فإن الشبكة المتطابقة تؤدي أداءً جيداً، إذا اتسع نطاقها ليصل إلى دائرة واسعة النطاق متطورة على الأرجح.

الشلالات المشتركة وكيفية تجنبها

  • Ignoring the conjugate match requirement. Maximum power transfer requires presenting the complex conjugate of the tool output impedance to the load. Plotting S22 and matching directly to that point gives a mismatch. always match to the conjugate of the measured reflection coefficient:6
  • Forgetting normalization.] Smith chart impedances are normalized to Z]0. A point reading 1 + j1 on the chart corresponds to 50 + j50 ohms only when Z0 If] is 50 ohm
  • Misinterpreting phase direction.] On a standard Smith chart, increasing frequency moves the trace clockwise for a predominantly capacitive shift and counter clockwise for an inductive shift. Reversing this assuming leads to incorrect conclusions about the nature of the load. However, if the reference plane is shiftrate (e.g. transmissioners), by add a length of calib line.
  • () يخفي الحجم وحده ما إذا كان الخطأ في الصيد مقاوماً أو رد فعل، وما إذا كان رد الفعل مؤثراً أو مستقيماً، والمعلومات المرحلية، التي يتجلى بوضوح في خريطة سميث، ضرورية للتطابق السليم بين 50 و86.

تكامل البرامجيات وتدفقات العمل الحديثة

(أ) إذا كانت عمليات رسم الخرائط ذات الصلة برسم الخرائط ذات الصلة باستخدام البرمجيات الأساسية، فإن معظم أعمال التصميم المهني تستخدم المحاكاة والقياسات، أما دائرة تحديد المسارات (Kesight PathWave ADS)، وشبكة تصميم المياه (HFS)، وأدوات مفتوحة مثل QUCS، فهي تُستخدم مباشرة في مخططات ذات صلة، وتُظهر هذه المنابر (S[FLT)، دائرة مُثُتَبَتَتَثَثَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَرَتَتَتَتَجَجَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَ:

(أ) شكل ملف (توشستون) (المفصل الثالث وما إلى ذلك) أصبح معيار الصناعة لتبادل البيانات الخاصة بالمسدسات S-parameter، ويورد التواتر، ثم حجم كل مقاس في شكل نصي بسيط، وأي أداة حديثة لتصوير الترددات يمكن أن تستورد هذه الملفات وتولد فوراً مؤامرة من الخرائط ذات الصلة، وعلى سبيل المثال يمكن إنقاذ ناتج (كيست) مباشرة كسجل مركب وكم

حيث هذه المعرفة تثبت لا تقدر

  • 1 - في خريطة سميث، يبدو هذا خارج دائرة الوحدة، لا يمكن تفسيره لخط التعبئة المُتَعَدِّد للخيوط المُتَعَدِّدة.
  • Power amplifier load-pull:] To find the optimum load impedance for efficiency or linearity, load-pull measurements sweep a tuner and record performance contours directly on a Smith chart. The tool S22 combined with the tuner ⁇ FT design
  • EMI تصميم مرشح: ] By examining the S]11] trace of a filter across a broad frequency range, you can verify that it presents low reflection near the center in the passband and high reflection near the edge in the stopband, confirming proper energy redirectterion.
  • On-wafer probing:] When characterizing siliconرقs at millimeter-wave frequencies, the S parameters of probebebeds must be de-embedded. The intrinsic tool S11

خاتمة

"العلامات ورسم سمث" ليست مواضيع منفصلة، إنها جانبان من نفس الفيزياء المُتذبة للموجات، "س.ت.ت"