מבוא ל- Smith Chart ב-EMC Testing

הטבלה סמית', שהומצאה על ידי פיליפ סמית' בשנת 1939, נותרה אחת הכלים הגרפיים החזקים ביותר בהנדסת רדיו- ⁇ (RF) רחוק מלהיות משוחזר היסטורי, היא משמשת מדי יום במעבדות תאימות אלקטרומגנטית (EMC) ומשרדי עיצוב כדי לדמיין אי-נוחות מורכבת, השתקפות קו אפקטיביות, והתנהגות שידור. בהקשר של בדיקות EMC - שבו המטרה היא להבטיח כי לא לייצר מכשיר אלקטרוני שאינו גורם להפרעות מיידיות (EM-D) ולא ניתן להפרעות ראייה חיצונית.

על ידי גיבוש נתוני חסימה ישירות על התרשים, מהנדסים יכולים לקבוע במהירות כיצד עומס או אנטנה מתנהגים בטווח תדר, לזהות נקודות חוזרות, ועיצוב רשתות שמצמצמציינות השתקפות.יכולות אלה קריטיות כי השתקפות בלתי מבוקרת מובילה לגלי עמידה המגדילים את הקרינה הכבלים, דה סינכרון ביצועים, וחסינות פשרה.ה סמית' מגשר את הפער בין אלגברה מורכבת לבין מעגלים מעשיים, מה שהופך אותו למהנדסים הכרחיים של ה-FILCC, כדי לענות על ידי ה-FD.

מה זה הטבלה של סמית?

(ב) [[1924]]]]]] [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]

הנקס של הטבלה סמית' הם:

  • (ב) ,0) ציר אמיתי: ⁇ 1 (מחדש) פועל באופן אופקי דרך המרכז, המייצג את החלק האמיתי של ⁇ (התנגדות נורמלית).
  • (FLT:0) ציר דמייני: FLT:1 Runs אנכי דרך המרכז, אבל הטבלה אינה רשת קרטסיאנית פשוטה, במקום זאת, מעגלים של התנגדות נורמלית קבועה (r) וקשתות של תגובה נורמלית קבועה (x) הם סופר-מכוסים.

כל נקודה בתרשים מתאימה לשילוב ייחודי של התנגדות ותגובה. לנוע לאורך מעגל קבוע של התנגדות משנה את התגובה; לנוע לאורך קשת מתמדת של פעולה משנה את ההתנגדות.הטבלה כוללת גם סולם סביב הפריפריה המצביע על זווית חשמלית של ⁇ ואת המרחק מן העומס באורכי גל.

ניתן להשתמש בטבלת סמית' כדי לייצג את שני האימפולסים:0cioand ו-FLT:1 מודהות. על ידי סיבוב תרשים 180 מעלות (או באמצעות אותו תרשים עם קואורדינטות), ניתן לעבור בין סדרות וייצוגים מקבילים - תכונה מועילה במיוחד בעת עיצוב רשתות התאמה עם שני סדרות ואלמנטים מעודנים.

למה הטבלה של סמית' חשובה ל-EMC

בדיקות EMC כרוכות במדידת פליטות שבוצעו ורדיו, כמו גם חסינות לתחומים חיצוניים.חוסר התאמה ליצור השתקפות וכתוצאה מכך גלים עומדים על כבלים, עקבות PCB וקווי הזנה האנטנה. אלה גלי עמידה להגדיל את האמפולציה של זרם ומתח בתדרים מסוימים, המוביל לקרינה גבוהה יותר מכבלים שפועלים כאנטנות לא מכוונת.

הטבלה של סמית' עוזרת למהנדסים לדמיין ולפתור את הבעיות הקשורות ל-EMC הבאות:

  • (ב) ,0) , אנטנה אימפולס התאמה ל- 1 (ה) – הבטחת העברת חשמל מקסימלית ומינימום משתקפת כוח.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) [15] ,[[1924]]]] ו[[1924]]]]]], [[1924]]]]]]
  • (ב) ,0) ,[דרוש מקור], ב[[1924]], [[1924]], [[1924]]
  • (ב) ,0) מנחת הפחתת השפעתם של התאמות הבדיקה ממדכאות VNA.

בנוסף, תקני בדיקות EMC רבים דורשים כי הפחתת קלט RF של מכשיר יש לציין (לעתים קרובות 50 ⁇ ) טבלת סמית ' היא הדרך המהירה ביותר לאמת כי הדחף נשאר בתוך מעגל מקובל על התרשים על פני להקות תדירות של עניין.

התאמת EMC

התאמה נאותה של מזהמים היא אחת ההגנות העיקריות נגד EMI.כאשר גורם אימפולס (למשל, תפוקה מגבר RF) תואם את אימפולס העומס (למשל, אנטנה), קידוד חסכוני ההשתקפות הופך אפס, וכל הכוח מועבר לעומס.אין כוח משתקף בחזרה, כך שלא מתפתח גלים עומדים.

בפועל, השגת התאמה מושלמת על פני רוחב פס רחב היא לעתים נדירות אפשרית.הטבלה סמית מאפשרת למהנדס לתכנן את הדחף של העומס על פני תדירות ולאחר מכן לעצב רשת התאמה אשר משנה את הדחף לנקודת המרכז הרצויה (בדרך כלל 50 ⁇ ) בתדר אחד או יותר.רשתות התאמה נפוצות כוללות L-networks (שני מרכיבים), Pi-networks (שלוש), או שידור קבוע של משוואות סלקטינות, או משוואות סלקטיבית.

למטרות EMC, אפילו שיפור צנוע ב-VWR - כלומר מ 5:1 עד 2:1 - יכול להפחית את קרינת הכבלים על ידי מספר דציבלים, אשר לעתים קרובות מספיק כדי להעביר גבולות פליטה קורנים.הטבלה סמית' משמש גם כדי לוודא כי ההימנעות של קלט מסנן ופלט נשאר בתוך סובלנות המערכת, למנוע אובדן לא מתאים שיכול אחרת לקלקל את הדחייה של המסנן.

ניתוח הרהורים Coefficient ו- VSWR

ההשתקפות coefficient ⁇ הוא קורא ישירות מן הטבלה סמית: המרחק מן המרכז (המקור) מתאים ל- ⁇ ; ואת הזווית (מחוש מן הציר האופקי) הוא השלב של ⁇ .ה VSWR יכול להיות מחושב כמו VSWR = (1 + / 1 / 1 / ⁇ ) / (1 - ⁇ ) על הסמית, קבוע-VR מעגלי הם כמו מעגלים ממוקם באותו מרכז של כל tfed על קו tvFed על קו קבוע של t.

עבור בדיקות EMC, אובדן החזרה (RL= -20 log) משמש לעתים קרובות כמפרט. אובדן החזרה של 20 dB מתאים ל-: = 0.1, שהוא VSWR של בערך 1.22:1. Achieving השתקפות נמוכה כזו חשובה במדידות פליטה שבו האנטנות חייבת להיות תואמים היטב לספקטרום כדי למנוע מדידה.

שימוש ב- Smith Chart for EMI Filter Design

מסננים EMI - בין אם נמוך, גבוה, פס, פס רחב, או פס קבוצתי - הם חיוניים להפחתת רעש לא רצוי נערך. אובדן ההכנסה של מסנן תלוי מאוד על המקור ועומס מכשולים. מסנן המיועד ל-50 ⁇ סיומות עשוי להופיע רע כאשר מחובר למקור מרתיע גבוה והימנעות נמוכה, או להיפך, סמית' עוזר לזהות את התדרים החזותיים דרך הפילטרים.

לדוגמה, מסנן נמוך שנועד לדכא הרמוניות של ממיר מעבר צריך להציג מכשול גבוה בתדרים הרמוניים כדי לשקף את הרעש בחזרה אל המקור.שימוש בטבלת סמית ', המהנדס יכול למיין את הניתוק של המסנן מול תדירות מאשר לאשר כי הוא נמצא באזור עמידות גבוהה של התרשים בקונטקסטוניקה.

פריט חרוזים, המשמש לעתים קרובות מסננים פס רחב פשוט, הם גם מאופיין על ידי האימפולס המורכב שלהם (R + JX) הטבלה סמית 'הוא דרך מצוינת לדמיין את ההתנהגות התלת של ferrite. בתדר נמוך את הפרוטטקס הוא בעיקר אינדוקטיבי ( גבוה X, R); בתדרים נמוכים שולטים (גבוה, X נמוך) מראה שבו את הטבלה של ממש מעבר אמיתי (מתאים) כדי להיות מרעש (עדיפה) הנכון) כדי להיות מול המהנדס הנכון (ד (ד) כדי להיות מול המהנדס הנכון) מול המהנדס הנכון (ד (ד) או לא פחות).

Antenna Matching for Radiated Emissions and Immunity

בדיקת פליטה רדינית דורשת אנטנה שמקבילה היטב למקלט (בדרך כלל 50 ⁇ ) על פני טווח התדר של עניין.אנטנה מותאמת גרועה לא רק להפחית את הדיוק של המדידה, אלא גם עלולה ליצור השתקפות מעוות את דפוס השדה בתא ניכוכי. אנטנה מעצבים ומהנדסי EMC משתמשים בסמית כדי להתאים אלמנטים אנטנה, להוסיף גמגמים, או לשלב מחסנים שאינם מאוזנים אשר משנים את המשתנים כדי לשנות מאוזנים.

עבור בדיקות חסינות, אותו עיקרון חל: האנטנה חייבת להיות יעילה שני כוח לתוך השדה כדי ליצור את כוח השדה הנדרש.כל אי התאמה של חוסר התאמה מפחית את הכוח הנמסר לאנטנה, הדורש רמות כונן גבוהות יותר מן המגבר ופוטנציאל לגרום בין-מתון או עיוות הרמוני.הסמית 'מבטיח כי האינטנה נשארת בתוך אזור הניתוח הבטוח של המגבר (בדרך כלל סביב מעגל 2, עם ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

בשני המקרים, הטבלה סמית' מספקת מבט חטוף של האנטנה, המאפשר למהנדס לראות התחדשות ומגבלות רוחב פס.לדוגמה, אנטנה דיפול תציג תנופה התנגדות גרידא של 73 ⁇ בתדר ההחלמה שלה; מחוץ לזיכרון, הדחף הופך להיות תגובתי וה-VRWR.

כבל ו- Connector Analysis

כבלים הם לעתים קרובות "אנטנה" הארוך ביותר במערכת אלקטרונית. Common-mode זרמים על מגנים בכבלים יכול לגרום פליטות קורנות הרבה מעל לגבולות הרגולטורים.מנגנון אחד שמעודד זרמי הדבקה נפוצים אינו חסר איזון מוחלט בפסקאות כבל - לעתים קרובות בשל לולאות קרקע או חיבור גרוע הזדווגות.ה ⁇ סמית' ניתן להשתמש כדי לאפיין את הקלט של כבלNA כאשר הוא ידוע בעומס נמוך (משימתו של מכשיר).

הוספת ליבות מפרטקס לכבל משנה את הדחף המשותף.היעילות של ferrite ניתן להעריך על ידי מדידה של הקלט של הכבלים עם וללא התוספת. על הטבלה סמית, ferrite יעיל ישמר את עקומת הדחף הרחק מאזור ההימנעות הנמוכה (כאשר זרמים גבוהים יזרמו) לכיוון התנגדות גבוהה יותר, ובכך לחט את הפחתת המיקום המקסימלית (למשל) באופן מקסימלי של סלקציה).

יישום מעשי: שימוש בטבלת סמית' ב-EMC Troubleshooting

זרימת העבודה האופיינית במעבדה EMC כאשר כשל פליטה קורנל מתרחש יכול להיות משופר על ידי הטבלה סמית '.

  1. (ב) ,0) ,הכרת תדירות בעייתית של 1:1 מבדיקת הפליטה.
  2. (FLT:0)Measure the Impedance of the Suspect Structureing StructureFLT:1 (אנטנה, כבל, עקבות PCB) באמצעות VNA.The VNA מציג את ההשתקפות coefficient על הטבלה סמית בזמן אמת.
  3. (ב) [ה] [ה] [ה]] ב[ה] [ה] [ה]] [ה]] אם הדחף נמצא ליד קצה האגף השמאלי של הטבלה (התנגדות הנמוכה, תגובה אינדוקטיבית או קיבולית), המבנה פועל ליד התחדשות סדרה, מה שגורם לקרינה הנוכחית והחזקה.
  4. (FLT:0) עיצוב אמצעי נגד: FLT:1 הוסף סדרה התנגדות או ferrite bead (לחות את ההחזרות), לכוון aveub, או להתאים את אורך הכבל.
  5. (ב) ויקרא: ויקרא י"א): "ה' יברך את הדחף ובדוק שהנקודה עברה אל מרכז הטבלה (50 ⁇ ) או לאזור של התנגדות גבוהה יותר שבו הזרם מוגבל.

תהליך זה, המודרך על ידי הטבלה סמית', מקטין את הניסיון וטרור וחוסך זמן מעבדה יקר. רבים VNAs מודרניים כוללים פונקציות סימון המציגות את ההתמדה ב-Oms אמיתיים ואת סדרת המקבילה קפיאנטנס או אינדוקציה, אבל הטבלה סמית עדיין נותן מהנדס תחושה אינטואיטיבית של גורם ה- Q והתאמה של אפשרויות.

מגבלות וכלים מודרניים

בעוד הטבלה סמית היא סיוע מושגי רב עוצמה, העבודה EMC המעשית כיום נעשה באמצעות תוכנת הנדסה ממוחשבת (CAE) ו-VNAs כי ניתוק אוטומטי תואם ומזימה של נתוני סמית 'טבלה.עם זאת, תוך התבססות רק על תוכנה יכולה לטשטש את הפיזיקה הבסיסית. A תפיסה מוצקה של הטבלה סמית' מסייע לאמת את המהנדסים, להבין מדוע רשת מתאימה עובד (או נכשל), להעריך במהירות את ההשפעה של רכיב הטמפרטית של חומרים מתמטיים.

לטבלת סמית' יש גם מגבלות: היא מניחה קו שידור חסר אובדן ואופן דומיננטי אחד.בבעיות EMC בעולם האמיתי, ריבוי-mode propagation, dielectrics אובדן, והפיכה בין עקבות סמוכים יכול לעוות מדידות אימפולסיביות.עם זאת, הטבלה נותרה תוספת מעולה של הזמנה ראשונה. עבור תרחישים מורכבים, סימולציה אלקטרומגנטית מלאה גליגל (למשל, באמצעות שיטת רגעים או ניתוח סופי), הוא לעתים קרובות משמש מכשיר אימות הכרחי עבור יישום הכרחי עבור סימולציה פשוטה.

מסקנה

הטבלה סמית', למרות שפותח לפני יותר משמונה עשורים, היא עדיין כלי חיוני בערכת הכלים של מהנדס EMC. היא מספקת ייצוג גרפי אינטואיטיבי של אימפולסים מורכבים ואפקט השתקפות, מה שהופך אותו יקר עבור אנטנות התאמה, עיצוב סינון, עיצוב כבל, ופתרון בעיות של תקלות פליטה רדיו.על ידי שימוש בסמית לצד מכשיר מודרני, מהנדסים יכולים לעצב אמין יותר, דיבידנדים פחות עם בעיות רדיו יותר, או יותר, אם אתה משלם יותר, אם אתה מתכנן חדש יותר, או יותר, 000.

לקריאה נוספת, שקול את המשאבים הבאים:

  • (ב) כרך ראשון (ב[[1924]]: [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]
  • (ב) עיין ב-[[1924]]: "[[1924]]]]]]"[[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]
  • (ב) .0. [המחקר:]: EMC FundamentalssveFLT:1 - משאב המקשר מושגים ישירות לשיטות מבחן EMC.
  • (ב) ,0) מכשירים אנלוגים: חזרה לבסיסים - אי-ציות התאמה ל-FLT:1 - מסביר מדוע שיבושים בנוגע לקיום האותות ול-EMC.