بنیادهای نمودار اسمیت در مهندسی RF

نمودار اسمیت که توسط فیلیپس H. Smith در سال ۱۹۳۹ اختراع شد، یکی از پایدارترین ابزارهای گرافیکی مهندسی فرکانس رادیویی (RF) است.این یک طرح قطبی از ضریب های انعکاس پیچیده و ناتوانی را فراهم می کند، مهندسان را قادر می سازد تا مطابق با عناصر انتقال، تجزیه و تحلیل ثبات و طراحی شبکه را بدون توسل به محاسبات آن، اجرا کنند.

فیزیک اسمیت-Purcell تشعشع

اشعه اسمیت-Purcell (SPR) یک پدیده فیزیکی است که ابتدا توسط S. J. Smith و E. M. Purcell در سال ۱۹۵۳ مشاهده شد، هنگامی که یک ذره شارژ مانند یک پرتو الکترون، نزدیک به سطح طیف تناوبی از اتصالات فلزی دوره ای Sband عبور می کند، شرایط مرزی موج قطبی که انرژی الکترومغناطیسی را تابش می کند، طول موج تابش شده به سرعت محدود می تواند از یک نوار پرتوی که از فرکانس های پرتوی که از سیم کشی آن استفاده می کند، و فرکانس های پرتوی که از Sband S.

دو جهان را در جایی که نمودار اسمیت با تابش اسمیت-Purcell ملاقات می کند

در نگاه اول، نمودار اسمیت و تابش سلول اسمیت به دامنه های جداگانه تعلق دارد - ابزار بی نظیر گرافیکی، دومی یک پدیده تشعشعی به طور سیستماتیک، در تحقیقات پیشرفته RF، آنها در طراحی و بهینه سازی ساختارهای دوره ای که برای کنترل انتشار الکترومغناطیسی استفاده می شود، ترکیب کلید در این واقعیت است که اتصالات که SPR رفتار می کند به عنوان یک بار پیچیده برای نور الکترون، ارائه شده توسط نور بهینه، با استفاده از نور و اتصال نور، می تواند به طور دقیق از طریق اتصال نور ذرات.

سازگاری با قابلیت پیشرفته SPR

در هر منبع SPR، پرتو الکترون با زمینه های evanescent از تقاطع ها ارتباط برقرار می کند.اگر عدم تطابق پرتو با ساختار پچ مطابقت داشته باشد، انتقال قدرت از پرتو به موج تابش شده به حداکثر می رسد. نمودار اسمیت یک روش بصری فوری برای محاسبه شبکه تطبیق مورد نیاز را ارائه می دهد - یا با تنظیم ابعاد یا اضافه کردن عناصر پیکربندی خارجی، این روش پردازش شده است که در آن، به صورت فعلی، نشان داده شده است.

مدل سازی مجتمع های پیشرفته

تقاطع های دوره ای در یک تنظیمات SPR یک بار مقاومت ساده را ارائه نمی دهد؛ آن واکنش های وابسته به فرکانس را به دلیل دوره ای آن و واکنش های موج سطح، نمودار اسمیت به طور طبیعی می تواند چنین داده های ساخت فرکانسی را تسریع کند و با اندازه گیری یا شبیه سازی ضریب انعکاس در رابط پرتو - و طرح آن بر روی یک نمودار اسمیت، مهندسان می توانند تشخیص دهند که فرکانس های طراحی دقیق و کارآمد را کاهش می دهند - این فرآیند استخراج قدرت واقعی را می دهد.

برنامه های کاربردی از برنامه های کاربردی از QIT در سیستم های SPR

طراحی منبع Terahertz

یکی از امیدوار کننده ترین کاربردهای SPR تولید اشعه تراسر هرتز برای غربالگری امنیتی، تصویربرداری پزشکی و مشخصات مواد است. سیستم های Terahertz نیاز به منابع جمع آوری و کارآمد دارند. نمودار اسمیت یک روش ساده برای طراحی terar و خروجی موجی را فراهم می کند که نشان می دهد که ناسازگاری دیده شده توسط پرتو الکترون بیش از یک محققان پهنای باند گسترده است.[۱۰]

سرعت ذرات و ساختار Wakefield

یکی دیگر از مناطق در حال ظهور استفاده از SPR برای شتاب میدان بیداری دی الکتریک است.در این طرح ها، یک پرتو الکترون درایو اشعه را در یک ساختار دوره ای تحریک می کند و این تابش به نوبه خود یک پرتو شهودی را تسریع می کند. نمودار اسمیت برای طراحی عدم تعامل ساختار موج آهسته استفاده می شود، اطمینان حاصل می کند که دامنه پس از بیدار میدان به حداکثر رساندن ثبات پیچیده، شناسایی آنها را با تجزیه و یا تجزیه ساختار ساختار برش می کند که می تواند منجر به شکستن ساختار پرتوی شود.

تکنیک های شبیه سازی و نمودار اسمیت

ابزارهای شبیه سازی مدرن الکترومغناطیسی (مانند CST Studio Suite، HFSS یا COMSOL) می توانند S-parameters و داده های غیر قابل تنظیم را برای ساختارهای دوره ای خروجی دهند. صادرات این داده ها به محیط چارت اسمیت اجازه می دهد تا تجزیه و تحلیل سریع بصری را کاهش دهد، یک فرکانس از SPR به عنوان تغییرات الکتریکی، یک مارپیچ بر روی نمودار اسمیت تولید می کند.

چالش ها و محدودیت ها

علی رغم کاربرد آن، نمودار اسمیت محدودیت هایی دارد که در سیستم های SPR اعمال می شود. نمودار یک حالت انتشار واحد و رفتار خطی را فرض می کند، اما SPRIC می تواند از امواج سطح چندگانه و حالت های evanescent پشتیبانی کند، در فرکانس های بسیار بالا (Sub-terahertz و بالاتر)، زیان های مادی و خشن بودن سطح، اثرات انگلی را معرفی می کند که از پیش بینی های ایده آل اسمیت، الکترون، به عنوان یک نمونه کامل (از جمله نمونه های ساده سازی شده با سرعت انتشار یافته) استفاده می کند.

مسیر های آینده

ارتباط بین نمودار اسمیت و تابش سلول اسمیت احتمالا عمیق تر است زیرا محققان به بررسی فن آوری و کنترل فعال ضعیف کنترل فعال است - مانند varactors یا MEMS - می توانند به ساختار پخش متصل شوند تا به طور پویا تنظیم نشده، و نمودار اسمیت نقشه کنترل برای چنین الگوریتم های تنظیم را فراهم می کند.

نتیجه گیری

نمودار اسمیت، یک اصل مهندسی کلاسیک RF، به دور از زمینه تحقیقات اشعه مدرن اسمیت-Purcell است.با ارائه یک ابزار بصری، گرافیکی درک و بهینه سازی ضعیف های پیچیده، کنترل دقیق بر تعامل بین ذرات شارژ و ساختارهای پرتوی دوره ای، این synergy قبلا به منابع کارآمد تر، بهبود یافته تر، سرعت ذرات و درک عمیق تر از پدیده های پیچیده، به عنوان ابزار درک دقیق از ذرات و تکامل یافته است.

برای مطالعه بیشتر، بررسی تاریخ و نظریه و و دستورالعمل های طراحی عملی را می توان در Microwaves101] آموزش نمودار اسمیت [FLT5:5 و در [FLT6] تحقیق در مورد انطباق با منابع tera7.