שם הספר בלועזית: The Smith Chart as a Enduring Analytical Tool

כלים מעטים בהנדסה מיקרוגל שמרו על הרלוונטיות שלהם לאורך עשרות שנים של התפתחות טכנולוגית כמו הטבלה סמית' שפותחה על ידי פיליפ ה סמית' במעבדות בל ב-1939, nomogram גרפי זה הפך אבן הפינה לכל מי שעובד עם תדר רדיו (RF) אותות מעל כמה מגה-הרץ.למרות הזמינות הנרחבת של סימולציה עוצמתית, הטבלה סמית' נותרה חיונית לבניית אינטואיציה על אימפולס, השתקפות, והתנהגות של פרמטרים מתקדמים (Sparas) כדי לחקור במהירות את הנתונים המשתנים, ומאפשרים מתקדמים, החל מאפקטיביאונדמטיים, החל מאפקטיביים, החל מאפקטים, החל מאפקטים, מאפשר, ואפקטיביים של סימולציה מתקדמת, החל מ-S, החל מ-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-D, מאפשר, כדי לבחון את המשתנים, כדי לבחון את הסימולציות מתקדמות, החל מאפקטיביים, מאפשר, החל מאפקטיביים של מערכת יחסים סימולציה יעילה, מאפשר, מאפשר, כדי לפתח סימולציה יעילה של מערכת יחסים סימולציה יעילה, החל מאפקטיביות, החל מערכי מערכת יחסים סימולציה יעילה, ומאפשרת, החל מאפקטיביאומטיבית, כדי לפתח את

הבנת S-Parameters ב Depth

פרמטרים, הידוע בכינוי S-parameters, הם המסגרת המתמטית המועדפת לאפיון רשתות ליניאריות בתדרים גבוהים.בניגוד למניעה מסורתית (Z) או אישור (Y) פרמטרים, S-parameters מגדיר את ההתנהגות של רשת במונחים של אירוע ומשתקף גלי נסיעה. גישה מבוססת גל זה באופן טבעי עם מדידות פיזיות שבוצעו באמצעות ניתוח רשת (VNAs) ומנעו את התדרים קצרים או מפוסקים במיקרוגל.

S-parameters הם מספרים מורכבים, בדרך כלל לבטא את גודל וזווית שלב, והם מאורגנים לתוך מריצה. עבור מכשיר שני-פורט (במקרה הנפוץ ביותר), ה- S-matrix הוא:

[22: 21] ,9] ,

(ב) כל פרמטר (ה) הוא בעל משמעות פיזית מסוימת: 0 (S1103) ,9) ,(המספרים של פרמטר) הוא ערך השתקפות (הסימן של פורט 1 כאשר פורט 2 הוא מופסק בעומס מתאים, בדרך כלל 50 הומס); (התמורה:2S21FLT) הוא הפלט הראשון של ה- 7 (התמורה ל-F2) LT2 (התחילהתולעתוהוא בדרך כלל ).

תכונות מפתח של S-parameters כוללות הדדיות עבור רשתות פסיביות, ליניאריות, וזמניות (ראה FLT:0S12=S21IRFLT:1) ו Unitarity עבור רשתות חסרות אובדן (הפיזור מאטריקס הוא יחידה, מרמז על שימור כוח טאטא) עבור מכשירים פעילים כגון טרנזירים, S-meters נמדדים בתנאים קטנים ותלויים בתדירות גבוהה, כלומר, עדי ראייה עד 50 נקודות עיקריות).

The Smith Chart: Construction and Key Concepts

הטבלה סמית' אינה קבוצה שרירותית של עקומות; היא תוצאה גרפית של מיפוי תואמים מהמטוס ההשתקפות המורכב (Gamma) אל מטוס ההתמדה הרגיל.

(ב) ⁇ =0)=(=1 + Gamma) / (1 - Gamma)

(ב) כאשר [15] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מעגל ההתנגדות והתגובה

בתוך מעגל מפותל זה, שתי משפחות של עקומות אורטוקונים קיימים: מעגלי התנגדות קבועים וקשתות תגובה מתמדת.כל נקודה על התרשים מייצגת באופן ייחודי את הדחף הנורמטיבי מסוים של הטבלה מתאים להתנגדות טהורה (אפס תגובה), עם הקצה השמאלי המייצג אפסים (עיגול קצר) והימין המייצג את האינסוף (פותח) (פותח את מרכז הטבלה הוא מושלם של ג'מה 1 ו- 0 ל-) מתאים לגודל של 1 ל- 0 ל- 1 ריבוע (מתאים).

מעל לקוטר האופקי הם ערכים מגיבים חיוביים (inductive), ומתחת הם ערכים שליליים (capacitive) מהנדסים יכולים לייסד S-parameter מדד, כגון S11, ישירות על הטבלה על ידי המרת גודלה וזווית שלב לנקודה. as תדירות משתנה, סדרה של נקודות על מסלול על התרשים, חושף כיצד משתנה מכשולים לאורך כל הלהקה.

חיבור S-Parameters ל- Smith Chart

היחסים הישירים בין S-parameter לבין הטבלה סמית' מתעוררים כי S11 ו-S22 הם, על ידי הגדרה, השתקפות coefficients.בהתחשב בכך שהאימפולס הנורמטיבי Z n שווה (1 + S11) / (1 - S11), ברור כי גיבוש S11 על תרשים הקוטב (מגניפוס ואנג') שווה ערך לייסד את הקלט ישירות על הטבלה סמית '.

תדירות ה-Seep Trajectories

כאשר מנתח רשת מבצע טאטא תדר, עקבות S11 או S22 מופיעים בדרך כלל כמשטח על הטבלה סמית '.עבור מעגל אחד resonant, מסלול זה עשוי להיות מעגל או קשת העובר ליד המרכז (מצב משולב) בתדירות ההחלמה לאורך סיבוב קבוע, כאשר קו השידור מסתיים בערפל, המסלול הוא ספירלה כי הוא מתכנס על המודול האופייני של המהנדסים המשתנים לעתים קרובות כמו פצעוניים של שעון, או מתפתל, כאשר הוא יכול לאבחן את ה-זמנית של ה-זמנית.

מידע על S-Parameter Data

יישום רב עוצמה של ניתוח הטבלה סמית' מעריך את יציבות המגבר.שימוש ב- S-parameters של transistor, מהנדסים יכולים לצייר FLT:0.10.10.10.10 מעגלים אלה מגדירים את האזורים של מקור ועומס אשר יגרום המכשיר ל-oscillate (אם המכשיר הוא בלתי יציב).

התאמת השימוש בטבלת סמית' עם S-Parameters

השימוש המעשי העיקרי של S-parameters הוא לעצב רשתות התאמה המבטיחות העברת כוח מקסימלית בין שלבים, למזער השתקפות, להשיג את הרווח הרצוי או דמות רעש.הטבלה סמית' מייעל תהליך זה.בהתחשב ב- S11 מדד (התערת קלט של המכשיר), מהנדס יכול לקבוע את השינוי הדרוש כדי להביא את הניתוק הזה למרכז תרשים (50ms).

המונחים: Lumped-Elementing

הדוגמה הפשוטה ביותר היא רכיב סדרה אחת ורכיב אחד של צומת.בטבלת סמית', כל תהליך ההתאמה סכומים לטרף שני קשתות אורכות: אחד נע לאורך מעגל התנגדות קבוע (הרכיב של הסדרה משתנה תגובה) ואחד נע לאורך מעגל התנהגות קבוע (המשכים שינויים בעצימות) או מצמצם את הפחתת התדירות המדויקת של השעון הסגורה באופן ישיר (ה) או מקצב הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת התדירות הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת התדירות הדחיסה (ה) או הפחתת הפחתת התדירות הדחיסה של השעון הסגירה (ה) או הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת התדירות הפחתת הפחתת הפחתת התדירות הפחתת הפחתת התדירות התדירות הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת התדירות התדירות הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת התדירות התדירות הפחתת הפחתת התדירות התדירות התדירות התדירות המדויקת הסגניתובניתוקפן הסגניתובעדיפה באופן ישיר מערכי הפחתת הפחתת הפחתת התדירות התדירות התדירות התדירות ה

סינגל ו- Double Stub Tuning

בגלימות גל או קווי שידור, מכוונן גור משמש לעתים קרובות.הטבלה סמית' מפשט את הבחירה של אורכו ועמדות. על ידי הפעלת ההשתקפות העומס יעיל קדימה לאורך קו שידור (אשר מופיע כסיבוב שעון על התרשים), המהנדס יכול למצוא נקודה שבה מוסיפים אנטמנטק אקדמי (פתוח או קצר) יזיז את התמדה למרכז כפול, גם לאחר תהליכים מורכבים יותר, כאשר הם לא ניתן לנהל את האנטנות גרפית (מדומים) רק על פני אנטנות מורכבות יותר, גם כן, כאשר הם עדיין לא ניתן לנהל את המעבדה, רק על פני אנטנות גרפית אנטנות גרפית (מדומים יותר, כאשר הם עדיין לא ניתן לנהל את המעבדה) רק על פני אנטים מתקדמים יותר, כאשר הם עדיין יותר, כאשר הם עדיין לא ניתן לנהל את המעבדה, כאשר הם עדיין אנטים מתקדמים יותר, כאשר הם עדיין אנטרקורד (פתוחים מתקדמים יותר, כאשר הם עדיין יעיל יותר, כאשר הם עדיין לא ניתן לנהל את המעבדה, כאשר הם עדיין יעיל יותר, כאשר הם עדיין אנטנות מורכבות יותר, כאשר הם עדיין אנטים מתקדמים יותר, כאשר הם עדיין אנטים מתקדמים יותר, כאשר הם עדיין לא ניתן לנהל את המעבדה

המונחים: Bandwidth Considerations

רשת התאמה מושלמת היא רק מושלמת בתדירות אחת.על הטבלה סמית', הרגישות התדירות של משחק הוא ויזואלי על ידי הפצת מסלול S11 כתדירות deviates ממרכז העיצוב.התאמה רשתות עם Q גבוה ליצור לולאות הדוקות ליד מרכז הטבלה, המציין רוחב פס צר.

שיטות ניתוח S-Parameter מתקדמות על הטבלה סמית'

מעבר להתאמה של ה- Smith Chart משמש לטכניקות עיצוב מתוחכמות הכרוכות ברווח, רעש וכוח.

קבל מעגלים

עבור מגבר טרנסיסטאור, רווח זמין או רווח תפעול תלוי על הדחף שנראה בקלטו ובפלט שלו.על ידי פיזור FLT:0constant לצבור מעגליםFLT:1 על הטבלה סמית ', מהנדס יכול לבחור מקור פליטה אשר מספק את הרווח הרצוי תוך הימנעות אזורים לא יציבים.

Noise Figure Circles

מגברי רעש נמוכים (LNAs) דורשים מקור מדויק למנוע את השגת הדמות הרעש המינימלית.הטבלה סמית' יכול להציג את ה-FLT:0noise CirclesFLT:1 עבור ערכים שונים של מספרי רעש.מכיוון שהרעש האופטימלי הוא לעתים קרובות שונה מהאימפולס לרווח מקסימלי, סמית' מאפשר למעצב למצוא פשרה כי הוא מקובל ללא הפסד קטסטרופלי, מאשר מתן הבנה מהירה יותר של המכשיר הסגולה של הקיבולת הטבולית.

זמן-דומיין ומעורבות-Mode Extensions

בסביבות עיצוב מודרני, S-parameters יכול להיות להשתנות למרחב הזמן באמצעות שינוי מהיר הפוכה (IFFT) ההשלכות על הטבלה סמית ' הם עמוקים: גורף תדירות מראה ספירלה על התרשים מתאים דחייה זמן-דומיין מהפסקת זמן או שינוי קבוע (מתאים) הבנה זו מסייעת להחליט מהנדסים אם התאמה לא נכונה היא בשל מרכיב מקומי או קו שידור משותף, בנוסף ניתוח חזותי שונה של Smo-ממות) או קבוע (ממותק של ניתוח חזותי שונה).

צעדים מעשיים עבור סמית 'טבלה ניתוח של S-Parameters

כדי לשלב ביעילות את הטבלה סמית לתוך זרימת העבודה של ניתוח S-parameter שלך, בצע את השלבים המורחבים:

  • (ב) [ה]: [ה]: [ה] [ה] [ה] [ה]] [ה]] [ה'] [ה']'[ה]']'[ה']'[ה']'[ה']'[ב]'[ה']'[ה']']'''''''']''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
  • (FLT:0) 2: שלב נקודות הנתונים.FLT:1 (באמצעות תרשים סמית' מודפס או כלי תוכנה (כגון Keysight ADS, MATLAB, או קוד פתוח פייתון כמו scikit-rf), לאתר כל נקודת תדירות על ידי גודל ההשתקפות שלו (מרחק ממרכז) וזווית (גזר מהצד הימני).
  • (FLT:0) 3:Step Analyze the Trajectory.ve.ph1 (כפי שאתה גורף תדר, לציין את הצורה והכיוון של העקומה. האם זה נע שעון חכם (הצביע על אלמנטים אינדוקטיביים או אובדן)? האם זה חוצה את הציר האמיתי בתדר ההדהד? האם הוא מתפתל אל המרכז (מתאים היטב בתדרים גבוהים) או ללעבור ליד הקצוות (בצורה גבוהה) או תצפיות כאלה?
  • (FLT:0) 4: Determine Matching Network Topology.arch.of.com: 1:1 בחר דרך מן הדחף המקובע למרכז הטבלה.If the Impdance שוכנת בחצי העליון (inductive), בדרך כלל להוסיף סדרה של קפיטור או דחייה כדי להעביר אותו מטה.
  • (ב) (ב) בפרשת ה': (ב) ב[[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]
  • (FLT:0) 6Step: אימות עם VNA או סימולטור.FLT 1 לאחר בניית או סימול של רשת התאמה, למדוד את ה- S-paras החדש.ה-S11 המשופרת צריך להיות ליד מרכז הטבלה.אם לא, לבחון את המסלול לאפקטים פרציטיים נוספים שלא היווה בחשבון בניתוח הראשוני.

מלכודות נפוצות וכיצד להתגבר על ההם

אפילו מהנדסים מנוסים יכולים לא להפריע לנתוני הטבלה של סמית'.חלק מהטעויות הנפוצות כוללות:

  • (FLT:0) תוך שימוש בנורמליזציה של אימפולסים.
  • (FLT:0) אבחון שלב האווירה.
  • (ב) ⁇ :0 מיקור מחדש קשתות.אנדרט 1 (סמית' טבלה) מודפס ללא סולם תגובה מלא יכול להוביל להתאמה לא נכונה, במיוחד ליד הקצוות.תמיד לאמת את האינטרפולציה באמצעות אורך הגל או הזווית הניתנות.
  • (FLT:0)הסתמכות על תוכנה ללא הבנה.BuildFLT:1 בעוד כלי סימולציה יכולים ליצור התאמה לרשתות באופן אוטומטי, הם לפעמים מייצרים פתרונות לא-פיזיים או לא-מעשיים (למשל, ערכי רכיב לא מציאותיים או הפיכה פרסיטית). בדיקה חזותית על הטבלה סמית' מסייעת לסנן תוצאות כאלה.
  • (FLT:0) ,Negting ההשפעה של תדירות על parasitics.FLT:1 תדירות עצמית של קיבולטור או גורם Q של אינדוק יכול לשנות באופן דרסטי את מסלול האימפולס בתדרים גבוהים יותר.הערכים האידיאליים לקרוא מן התרשים הם נקודת התחלה; כוונון או יותר מפורט הוא לעתים קרובות נדרש.

מסקנה

הטבלה סמית' נותרה כלי חיוני, אלגנטי מבחינה אינטלקטואלית למהנדסים שעובדים עם S-parameters.היכולת שלו לנטר אינטראקציות גל מורכבות לחלל חזותי פשוט הופכת אותו הכרחי עבור התאמת עכבות, ניתוח יציבות, אופטימיזציה והנדסת מכונות.כפי שאנו דוחפים לתוך תרשים גלי הגל של מילימטר עבור 5G, 6G, ומעבר לכך, התובנה הפיזית המוצעת על ידי הטבלה סמית' - תוך כדי סיבוב קל או תרגום מהיר יותר לחיקוי של תוכנה, אך ורק כדי לשפר את ה-ה של התוכנה הטובה ביותר, הם ממשיכים לספק את ה-הייטים, אך ורק כדי לספק את ה-הייטבייטבייטים, אך ורק כדי לספק את ה-ה של ה-הייטבייטבייטבייטבייטבייטבייטים יותר ל-לימים ביותר עבור ה-אין-לונן-לצייתנים בצורה יעילה יותר, אך ורק ל-לתקן את ה-לתקן-לתקן את ה-לתקן את ה-לתקן את ה-הייט-הת יותר עבור ה-הת יותר, כדי לספק את ה-הת יותר עבור ה-הת יותר, כדי לספק את ה-התאם-התאמת-התאמת-הת-ה