כיצד משתנים טמפרטורה משפיעים על מדדי אימפולסים על הטבלה סמית'

הבנת הטבלה סמית' ותפקידה בעיצוב RF

הטבלה סמית' היא כלי גרפי בסיסי בהנדסת RF ומיקרוגל, המספקת דרך לדמיין אימפולסים מורכבים ואפקטי השתקפות של אפקטיביות סביב תדירות.פיתוח על ידי פיליפ H. Smith בשנות ה-30, היא ממפה את כל מטוס האימפולס המורכב על מעגל יחידה, מה שמאפשר לבצע התאמה לא נאותה, ניתוח יציבות, ולהשיג חישובים מבלי לפנות אלגברה.

בעולם אידיאלי, מדידות אימפולסים יישארו יציבות ללא תנאי איכות הסביבה. בפועל, וריאציות טמפרטורה מציג שגיאות כי שינוי תנופה על הטבלה סמית ', המוביל לא מדויק התאמת עיצובים רשת וביצועי מערכת מוזנחת.

כיצד הטמפרטורה משפיעה על נכסים חומריים

התכונות החשמליות של חומרים משתנים עם טמפרטורה, שינויים אלה משפיעים ישירות על מדידות של חומרים ראשוניים הם רגישים טמפרטורה: התנגדות, קבוע דיאלקטרי, והתרחבות תרמית. כל אחד מהם משפיע ישירות על התדירות נתונה ונראה כמו עקירה על הטבלה סמית '.

התנהגות ושורשים של Skin

עבור המוליכים, ההתנגדות עולה עם טמפרטורה על פי הטמפרטורות coefficient של התנגדות (TCR) Copper, למשל, יש TCR של בערך 0.00393 / ° C ליד טמפרטורת החדר. עלייה של 10 מעלות צלזיוס בטמפרטורות מגבירה התנגדות נחושת על ידי כמעט 4%. בגלימות RF, שבו זרמי זרם הנוכחי קרוב בעיקר ליד פני השטח עקב ההשפעה, שינוי זה בהתנגדות משנה את רכיב ההתנגדות של קווים, חיבור פוטנציאלי, ולהוביל לסף הנכון של תופעות לוואי (בשורה התחתונה) לכיוון של התנגדות גבוהה של תופעות לוואי (מסוגים).

התנהגות דיאלקטרית קבועה וסובסטרטיבית

הקבוע הדיאלקטרי (Dk) של תת-סטריטים ו- כבל אינסולטורים גם משתנה עם טמפרטורה.חומרים כגון FR-4 מציגים Dk שיכול להשתנות על ידי כמה אחוזים על טווח טמפרטורה טיפוסי של -40 מעלות C ל +85 מעלות C. מאז האימפולס האופייני של קו שידור תלוי קבוע dielectric, כל שינוי הטמפרטורות המוקנות כי קו התצוגה בקלט שלו, בדרך כלל, הוא נראה כמו אורך של חומר D.

התרחבות תרמית ומדמים פיזיים

שינויים בטמפרטורות גם לגרום להתרחבות פיזית או התכווצות של המוליכים והדיאלקטריות.עבור קו מיקרו-סטריפ, רוחב ועובי של העקב משתנה מעט, כמו גם גובה תת-קרקעי אלה משפיעים הן על המכשולים האופייניים והן על קבוע ה propagation. בעוד שהאפקטים קטנים בהשוואה לתנודות ושינויים Dk, הם הופכים בולטים בתדרים ממטר שבו גל הם קצרים וארוכים על קו אחיד, כל אחד מהם, אשר יכול להיות מעצימה, כל אחד, כי הוא מראה על קו קטן על פני 50, כי הוא מראה קצר.

השפעות טמפרטורה על Compive Components

מעבר לחומרים של PCB או כבל, מרכיבים פסיביים דיסקרטיים המשמשים רשתות התאמה הם גם רגישים טמפרטורה. Resistors, capacitors, ו inductors לכל אחד יש משככי טמפרטורה הגורם לערכים שלהם לסחף, שינוי חוסר הרגישות לעין בקלט של הרשת.

Resistors

Wirewound, פילם דקים ומתנגדי פילים עבים יש כל חסכוני טמפרטורה של התנגדות (TCR) המפורטת ב- pm/ ° C. A טיפוסי 100-ohm דק-סרט עם TCR של ±50 ppm/ ° C שינויים רק 0.005ms לדרגה מתאימה, אבל ברשת גבוהה של התאמה, אפילו שינויים קטנים יכולים להחזיר את השגיאה כולה, או לעמוד מול התדירות של רשת התדירות של התדירות של התדירות, או הפחתת התדירות כלפי מעלה, או מדרגה, או מדרגה, בכיוון קבוע, או מדרגה, לעומת זאת, או קו התדירות של רשת התדירות של התדירות של התדירות של התדירות של התדירות של התדירות של התדירות של התדירות של התדירות של התדירות של התדירות של התדירות של התדירות של רשת מתאימה, או קו התדירות של התדירות של התדירות של התדירות של התדירות של התדירות של התדירות של הפחתת התדירות של התדירות של הפחתת התדירות של התדירות של התדירות של התדירות של התדירות של התדירות של התדירות של הפחתת התדירות כלפי מעלה, אבל בדרגה, אבל בדרגה גבוהה, אבל בדרגה, לעומת גודל קבוע, אבל בדרגה גבוהה, אבל

Capacitors

Ceramic capacitors, במיוחד Class 2 dielectrics כמו X7R ו X5R, להציג שינויים קיבול משמעותיים עם טמפרטורה. An X7R capaciacitor יכול להשתנות על ידי ±15% על טווח הטמפרטורה הדירוג שלה.ברשת התאמת RF, קיבול כי נע לשנות את החלק הפעיל של הדחף.

אינדוקטורים

לחוקרים יש גם משככי טמפרטורה, למרות לעתים קרובות קטן יותר מאשר capacitors. Wirewound inducators עם ליבת מגנטית הם רגישים יותר מסוגים של קו-רייט.ערך החדירה משתנה עם טמפרטורה בשל הרחבה של טופס סליל שינויים במידות הליבה. על הטבלה סמית ', אינדוקטור כי מגביר את inductance נעה את הנקודה המאולתרת לאורך כל היבט חיובי של מעגל תגובה (במיוחד את ההשפעה של תפקוד חיובי).

השפעות טמפרטורה חזותיות על הטבלה סמית'

כאשר VNA מודד מכשיר תחת מבחן (DUT) בטמפרטורות שונות, את העקבות הנובעות על הטבלה סמית' חושף את הגודל והכיוון של סחף אימפולסיבית.עבור סדרה פשוטה R-L, כפי שעולה הטמפרטורה, את רכיב ההתנגדות עולה ואת אינדוקציה עשוי להשתנות מעט.נקודת הדחף על הטבלה סמית' נעה ישר למעלה (גבוה R) ולמטה או למטה בהתאם לסימן של הניכוי של מעגל הרטט, לסיבוב, לסיבוב.

סעיפים קו ההעברה רגישים במיוחד לטמפרטורה מכיוון שאורך החשמל שלהם משתנה.משת גלי רבע-רבע המיועד לתדירות מסוימת ב-25 מעלות צלזיוס יהפוך את הדחף לערך שונה ב-85 מעלות צלזיוס, כיוון שהאורך החשמלי כבר לא 90 מעלות בדיוק.בטבלת סמית', זה מופיע כסיבוב של הווקטור האימפולסיבי סביב המרכז.

ברשתות מרובותפורט כמו זוגות כיוון או מתפצלי חשמל, ⁇ טמפרטורה על פני המכשיר יכול לגרום יציאות שונות לחוות שינויים אימפולסיביים שונים.סימטריה זו מדגימה ישירות ובודדות ויכולה להפוך את זה לבלתי אפשרי להשיג נמל טוב תואם בטווח טמפרטורה רחב ללא פיצוי.

קיימות מעשיות במערכות RF

ההשפעה של סחף לעצימות הנגרמת מטמפרטורה אינה רק תיאורטית. במערכות בעולם האמיתי, היא מובילה להידרדרות ביצועים מדידה שיכולה להשפיע על אמינות וציות למפרטים.

כוח מגבר מיסקב

מגבר כוח (PA) נועד בדרך כלל להציג מכשול אופטימלי בפני הטרנזיסטור עבור יעילות מקסימלית לינאריות.אם הפלט תואם את הרשת סחף עם טמפרטורה, העומס שנראה על ידי הטרנזיסטור מתרחק מנקודת השינוי האופטימלי על הטבלה סמית '.זה גורם לרשות לפעול ביעילות נמוכה יותר, לייצר חום יותר, ופוטנציאל להיכנס לאזור לא ליניארי שמייצר פגיעה או עיוותים קיצוניים יכול להיכשל.

פילטר Tuning and Bandwidth

מסנני בנדק המשמשים בחזית RF מסתמכים על מעכבי resonator מדויקים.טמפרטורות משתנות את תדירות החיוב של כל מחזר, מה שגורם לסנן ’ תדירות המרכז לסחף ואת פס המעבר להגדלת. על הטבלה סמית ', מסנן מושלם מותאם ב 25 מעלות צלזיוס עשוי להראות VSWR של 1.5:1 או גרוע יותר בטמפרטורות קיצוניות, צמצום רוחב הפס הגדל ואובדן רוחב פס.

אנטנה התאמת

אנטנות עצמן מושפעות מטמפרטורה באמצעות שינויים במימדים של המנצחים והטעינה דיאלקטרית, אבל רשת להאכיל רגישה באותה מידה. רשת התאמה שמכוונן להציג תנופה 50-ohm לנמל האנטנה תיסחף, מה שגורם ל-VWRVWR לראות על ידי המשדר לעלות.עבור משדרים בעלי כוח גבוה, VSWR מוגבר יכול לגרום למגפי הגנה מתקפלים או להזיק לשלב הסופי.

אסטרטגיות מייגציה ופרקטיקה הטובה ביותר

מהנדסים יכולים לאמץ מספר אסטרטגיות כדי למזער את ההשפעה של וריאציות טמפרטורה על מדידות עכבות, ולהבטיח שנתוני טבלה סמית' יישארו אמינים על פני סביבת ההפעלה.

שימוש בטמפרטורות-Compensated Components

קבלנים נבחרים עם טמפרטורות נמוכות coefficients, כגון NP0 / C0G dielectrics, המציג שינויים קיבולים של פחות מ ±30 pm / C. עבור מתנגדים, לבחור דיוק דק או סוגי מתכת-foil עם דירוגים TCR תחת ± 10 ppm / C. אינדוקטורים עם ליבה או צורות קרמיקה הם יציבים יותר מאשר אלה fer ברזל או אבקה.

ביצוע Calibration בטמפרטורת ההפעלה

ציפוי VNA באמצעות קצר, פתוח, עומס ו- thru (SOLT) צריך להתבצע באותה טמפרטורה כמו המדידה.אם ה calibration נעשה ב 25 מעלות צלזיוס וה-DUT הוא ב 85 מעלות צלזיוס, מטוס ההתייחסות ישתנה באותו הטמפרטורה, ואת המדידה הממדדת יכלול שגיאות מן הכבלים ומחברים, כמו גם את D.

שימוש ב- טמפרטורה-Controlled Test Enclosures

במדידות קריטיות, להציב את ה- DUT בתא מבוקר טמפרטורה המשגיח על הטמפרטורה הרצויה בתוך ±1 מעלות C. זה מנהג סטנדרטי לבדיקת כישורים של רכב, אווירופייס, ומודולי RF צבאיים.הכבלים להאכיל את התא חייב להיות לוח טמפרטורה, באמצעות כבלים קואקסיאליים עם דיואלקטריים בשלב זה מצמצם שינויים באורך חשמלי.

המונחים: Post-Measurement

אם הטמפרטורות coefficients של החומרים והמרכיבים ידועים, ניתן לתקן את נתוני העיכוב נמדד מתמטי.לדוגמה, אם קו שידור ’ אורך חשמלי ידוע להשתנות עם טמפרטורה על פי מודל ליניארי או פולינומי, מדד S-parameters נמדד ניתן לדהום כדי להסיר את הסיבוב המושרה הטמפרטורה.

טמפרטורה במהלך המדידה

צורף חיישן טמפרטורה תרמוקופיל או התנגדות ליד DUT ורשום את הטמפרטורה יחד עם כל מדידה של עכבות.זה מאפשר מהנדס לתאם שינויים בטבלת סמית 'לאחר טמפרטורה ולא לכלול נתונים שנלקחו מחוץ לטווח המקובל. רבים מודרני VNAs יכולים לקבל בדיקה טמפרטורה חיצונית ולבוא הנתונים, מה שהופך את זה קל לזהות סחף תרמי במהלך מפגשים ארוכים.

נושאים מתקדמים: מודל תרמית בסימולציה

כלים עיצוב כגון Keysight ADS, Ansys HFSS, ו- CST Studio Suite מאפשרים למהנדסים לדמות את ההתנהגות התרמית של מעגלי RF.על ידי הקצאת תכונות חומרים תלויות טמפרטורה למוליכים ודיאלקטריות, סימולטור יכול לחזות כיצד פענוח הדחף על הטבלה סמית 'תזוז מעל טמפרטורה.

הגישה הסימולציה מתחילה עם מודל בסיס ב 25 מעלות צלזיוס. התכונות החומריות מעודכנים עבור קיצוניות הטמפרטורה, ואת ה- S-parameters הם reputated.השרידים של סמית 'החומרים הבאים יכולים להיות overlaid כדי לדמיין את השינוי הגרוע ביותר מזוודה מזוודה .המהנדס יכול אז להתאים את רשת ההתאמה למרכז הלוקוס המעצור, להבטיח כי העיצוב נשאר בתוך ה-Ved או להחזיר את ה-קורהטיפוס המלא של תהליך זה, לפעמים, המכונה גם את ה-קומטר של התפתחות מלאה, ו-קומית, ו-קומית, המכונה לעתים קרובות, עיצוב, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, עיצוב, כלומר, כלומר, כלומר, טמפרטורה מלאה של מחזור החומרהטיפוס, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם, וטמפרטורה, וטמפרטורה, לעתים קרובות, המכונה גם את ה-קומטר, וטמפרטורה של מחזור החומרהטווח המלא של מחזור חומרה, אשר נקראהטווח המלא של מחזור חומרה, לעתים קרובות, אשר נקראהטווח של מחזור חומרה ו-קומטר, אשר נקראהטווח המלא של מחזור חומרה ומהירות של מערכת ההפעלה, אשר נקראה, אשר נקראהטווח של מחזור חומרה, לעתים קרובות, אשר נקרא לעתים קרובות, אשר נקראהטווח של מחזור חומרה ו

דוגמה אמיתית ל-World cell Station

שקול מסנן חלל המשמש בתחנת בסיס סלולרי הפועלת ב- 2.6 GHz.הפילטר משתמש ב-113-wave coaxial resonators עשוי Invar, סגסוגת ניקל-ברזל עם coefficient נמוך של הרחבה תרמית.למרות חומר resonator יציב, הבורגנים הכוונונים ובדיקות הפיכה יש מגבלות תלויות טמפרטורה. מסנן טיפוסי דורש הפסד חוזר טוב יותר מ- 20 מעלות צלזיוס ל- 2.

בטמפרטורת החדר, המסנן מיועד לפגוש את המפרט הזה בקלות.כאשר ממוקם בתא תרמי וסחף מ -40 מעלות צלזיוס ל +85 ° C, הטבלה סמית 'עקב אחר מסנן ’ נמל קלט מראה סיבוב השעון בתדירות המרכז של כ -12 מעלות, יחד עם התרחבות רדיונית קטנה עקב אובדן מוגבר בטמפרטורה גבוהה.

דוגמה זו ממחישה כיצד מדידה ישירה על הטבלה סמית' בטמפרטורות מרובות, בשילוב עם רשת מגובשת, פותרת בעיה מעשית שקשה לטפל בה באופן אנליטי בלבד.

מסקנה

וריאציות טמפרטורה הן מקור מתמשך של טעות במדידות RF, ואת הטבלה סמית מספק את הויזואליזציה הברורה ביותר של איך שגיאות אלה להתבטא.משינויים בהתנגדות המנצחת ואת קבוע dielectric קבוע כדי לרכיב ערך סחף והתרחבות קו השידור, אפקטים תרמיים שינוי נקודות תנודות לאורך שני מתמיד-resistance ו-reactance contours. מהנדסים חייבים לקחת בחשבון עבור שינויים אלה כדי להבטיח עיצובים שנועדו לענות על פני טווח הטמפרטורה התפעולית.

אסטרטגיות מייגציה כגון בחירת רכיבים לוח טמפרטורה, ביצוע calibration בטמפרטורת המדידה, באמצעות מחסניות בדיקה מבוקרת, יישום תיקון לאחר חישוב הם חיוניים לתוצאות מדויקות. כלים סימולציה מתקדמת יותר לאפשר למתכננים לחזות לפצות על סחף תרמי לפני בניית חומרה. על ידי שילוב מודעות טמפרטורה לכל שלב של תהליך עיצוב RF מדידה, מהנדסים יכולים לייצר מערכות חזקות כי שמירה על התאמה אופטימלית, אובדן יעיל, ולהפחית את הביצועים אמינים, בתנאי האות האמיתי.

לקריאה נוספת בנושא זה, להתייעץ עם רשימות היישום הזמינות מ-FLT:0Keysight Technologies על השפעות טמפרטורה במדידות VNAFLT:1, והמדריך המקיף ל-FLT:2Smith Chart פונדמנטלs ב-מיקרוגלנס101FLT 3: IEEE Standard 1455-2000 מספק גם מסגרת עבור FLT:4temptureera Characterization של RF ו-מיקרוגלראלי: 5 מהנדסים עובדים טוב לסקירה טובה עבור יישומים עובדים ב-RILDL.