שימוש ב- Smith Chart בפיתוח של מערכות רדיו מבוססות תוכנה (SDR)

תרשים סמית' נשאר אחד הכלים הגרפיים המתמשכים ביותר בהנדסת תדר רדיו (RF) אך הרלוונטיות שלו רק גדלה עם עליית הרדיו מבוסס תוכנה (SDR) שפותחה במקור על ידי פיליפ H. Smith בשנות ה-30, העלילה הקוטבית של אימפולסים מורכבים וקורטיזציות coefficients מספקת דרך אינטואיטיבית כדי לדמיין את התנהגות השידור ואת ההתאמה של מערכות SDR, שבו יכולת reurability ורחבה של פעולה סמית ', באמצעות דינמיקה ראשונית של מערכת עיצובית', כמו תרשים רדיו, הוא משמש דרך עיצובית דרך עיצובית דרך עיצובית של SDR.

יסודות הטבלה סמית'

לפני צלילה ליישומים ספציפיים SDR, חשוב להבין מה תרשים סמית מייצג.הטבלה היא מיפוי של השתקפות מורכבת coefficient ( ⁇ ) על לתאם אימפולסים רגילים.האפקט ההשתקפות מתאר כמה גל אירוע משתקף בחזרה בגלל חוסר התאמה של חוסר התאמה. על תרשים סמית ', כל נקודה תואמת לאימפולס מורכב ייחודי (R +X) רגיל ל- 50ms אופייניים בדרך כלל.

המונחים: Visualized

תרשים סמית מציג במקביל כמה פרמטרים RF קריטיים:

  • (ב) ,0) ,(א): "הראה כ"מחזיקים" (בראשית כ"ד) כעיגולים קבועים ופעולות קבועות.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) ,VSWR): דרבי: 1 ממרחק ממרכז הטבלה.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

על ידי גיבוש ערכים אלה, מהנדסים יכולים להעריך במהירות רשתות תקינים ועיצוב. עבור בסיס מתמטי עמוק יותר, לראות את הטבלה:0Smith כניסה על ויקיפדיהFLT:1.

מדוע הטבלה של סמית' חשובה בפיתוח SDR

מערכות רדיו מבוססות תוכנה מסתמכות על חומרה ניתנת להגדרה ועיבוד אותות דיגיטליים כדי לתמוך בתדרים מרובים ותכניות מודולציה.השורה הקדמית של RF - כולל אנאנטנות, מסננים, מגברות ומיקסרים - חייבים להתמודד עם טווחי תדר רחבים תוך שמירה על אובדן נמוך והשתקפות מינימלית.הטבלה סמית הופכת הכרחית עבור שלוש סיבות עיקריות:

  1. (ב) ,0Wideband Impedance Matching:03FLT:1 , SDRs לעתים קרובות לפעול על פני מאות מגה-ההרץ; רשתות התאמה חייבות להיות נועדו לכסות להקות מרובות בו-זמנית.
  2. (ב) ⁇ :0) ,Time Tuning:FLT:1 , בקרים של SDR מודרני להשתמש בתרשים סמית כדי להתאים את הרשתות על זבוב כשינויים בתדירות.
  3. (ב) ⁇ :0) בחירה ו-Sizing: FIRLT:1 ,הערכת ערך רכיב שינויים באמצעות התרשים מפחיתה את הקריטריונים של אבטיפוס.

התאמת מערכות Frequency-Agile

ברדיוים קונבנציונליים, רשת ההתאמה של החסימה נקבעת עבור להקה אחת.החזית של An SDR, עם זאת, חייב להישאר יעיל מ 1 MHz ל 6 GHz או יותר. תרשים סמית מאפשר למהנדסים למיין את האימפולס של אנטנה על פני כל התדרים של עניין ולאחר מכן עיצוב רשת מתאימה המספקת התאמה מקובלת על טווח זה.לדוגמה, אנטנה רחבה עשויה להראות את אותה נקודות ספירלה נמוכה (אונדק) עבור עיצוב (Lactor) על ידי עיצוב מול עיצוב רב-מתאים פשוטים).

דוגמה אמיתית לעולם: SDR Antenna Tuner

רבים מסחריים SDRs כוללים מכוונן אנטנה אוטומטי כי אמצעים אימפולסים והתאמה של capacitors ו inducators. אלגוריתם הבקרה של המונן למעשה מעביר את נקודת ההימנעות על תרשים סמית לעבר מרכז 50-ohm.הטבלה מספקת לולאה משוב ברור: אם הדחף נע מחוץ למעגל VSWR (למשל 1.5:1), שינויים רכיב כדי להחזיר את זה הוא רק בתנאי מתאים.

שימוש ב- Smith Chart בשלב העיצוב

במהלך פיתוח SDR, כלי סימולציה כמו Keysight ADS, AWR מיקרוגל Office, או קוד פתוח Qucs משלבים תצוגות תרשים סמית '.כלים אלה מאפשרים למהנדסים:

  • Plot S-parameters של רכיבים ורואים וריאציות בלתי מאוישות על פני תדירות.
  • עיצוב התאמת רשתות על ידי הוספת סדרה ואלמנטים מלוטשים על התרשים.
  • לבצע ניתוח רגישות כדי לראות כיצד סובלנות משפיעה על איכות המשחק.

עיצוב ערוץ התאמה / Step

זרימת עבודה טיפוסית עבור GHz SDR לפני מקלט יכול להיראות:

  1. מדד או סימולציה של אנטנה אימפולסים של 2.45 GHz, אומר 30 + J15 הומס.
  2. סטו על תרשים סמית רגיל של 50-ohm.
  3. קביעת הדחף הרצוי: 50 + j0 הומס (מרכז).
  4. בחר טופולוגיה רשתית מתאימה (למשל, L-network עם אינדוקטור ו-Fishacitor סדרתי).
  5. באמצעות התרשים, לעבור לאורך מעגל מתמיד של מוליכים עם האלמנט השטח, ולאחר מכן לאורך מעגל קבוע של התנגדות עם אלמנט הסדרה עד להגיע למרכז.
  6. קרא את ערכי הרכיב הדרושים מן התרשים או לחשב אותם מן השינויים הנורמליים.

תהליך זה הרבה יותר מהיר מפתרון משוואות בו-זמנית, במיוחד כאשר קיימים פתרונות פוטנציאליים מרובים.למדריך מפורט, מתייחס למדריך התקנים של ה-FLT:0Analog על תרשים סמית' ו- S-parameter מדידות ההרחבהFLT:1.

דינמיקה מתאמת ב-SDRs

אחד השימושים המתקדמים ביותר של תרשים סמית במערכות SDR הוא בפיתוח של רשתות התאמה דינמית רפורמות.רשתות אלה להשתמש דידות אדרקטור, PIN diodes, או MEMS מתגים כדי לשנות את הכניעה ואת inductance בזמן אמת.הטבלה סמית הופכת "משטח שליטה" עבור האלגוריתם הכוונון:

  • (ב) טבלאות (LUTs): ⁇ 1 ; ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) ירידה הדרגתית: 1FLT:1 ה- SDR מודד את ההשתקפות coefficient (למשל, באמצעות זוג כיוון וגלאת AD8302 רווח/phase) ומתאים רכיבים למזער את המרחק בתרשים סמית' מנקודת הנוכחית למרכז.
  • (ב) ,0) למידה של Machine Learning:FLT:1 רשתות נילי שהוכשרו על נתוני סמית', יכולים לחזות את המצב המתאים ביותר עבור תדירות נתונה ומניעה ללא חיפושים.

אתר אינטרנט: Wideband VHF/UHF SDR

SDR ברמה צבאית המכסה 30 עד 512 MHz עשוי להשתמש בגודל של טונה דלפק פינטנסיס הנשלט על ידי מערך שער בעל ערך שדה (FPGA) FPGA קורא את הכוח המשקף, מצמיד גודל ושלב, ומתייחס לאלגוריתם מבוסס סמית ' כדי לבחור את ה- capacitor הנכון והגדרות אינדוקטור.

סימולציה ובדיקה עם הטבלה סמית'

פיתוח SDR מודרני מסתמך רבות על מנתחי רשת וקטור (VNAs) המציגים את סמית 'תחילת עקבות.במהלך בדיקות אבטיפוס, מהנדסים מחברים את VNA לנמל RF של SDR ומתבוננים באימפולס של החזית לאורך תדירות. Discrepanities בין סימולציה ומדדה של סמית ' trajectories מציין בעיות כגון parasitics, מעומק, או רכיב סובלנות.

המונחים: Smith Chart Measurements

עבור מפתח SDR, תצפיות טיפוסיות כוללות:

  • (ב) ,0) סיבוב חכם עם תדירות הולכת וגוברת:FreaLT:1 , Indicates שידור אפקטים אורך קו; לפצות על עקבות קצרים יותר או אלמנטים מכוערים.
  • (ב) [15] , [17] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) ,Sweeping ברחבי להקות מרובות:FreaLT:1) הדחף עשוי להתקבץ במספר אזורים; רשת אחת של התאמה אחת לא יכולה להספיק, מה שגורם לשימוש בבנקים שעברו או באלמנטים טונה.

לקריאה נוספת על ניתוח תרשים סמית מבוסס VNA, להתייעץ עם ה-FLT:0.Keysight Note על מדדי מדידה בלתי מאולתרים 1.

יתרונות ומגבלות ב-SDR Context

תרשים סמית' מציע יתרונות ברורים לפיתוח SDR:

  • (ב) פתרונות גרפיים מהירים יותר ממתמטיקה מורכבת.
  • (ב) ⁇ :0) , 000 ויזואלית (הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ :0) ,001: 1FLT) משולב בקלות במערכות בדיקה אוטומטיות ובלאות בקרה בזמן אמת.

עם זאת, יש מגבלות:

  • (ב) מורכבות:0 (ב) ⁇ מואצת (ב"ה) ניתן לקרוא עבור גורים רבים.
  • (ב) ⁇ :0 (ב) ⁇ : ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) תלות ביציבות: FLT:1 הטבלה היא תמונה בתדירות אחת; מספר גורים חופפים דורשים ניתוח זהיר.

למרות חסרונות אלה, תרשים סמית' נשאר כלי סטנדרטי בחינוך להנדסה RF ופרקטיקה. עבור מעצבי SDR, שילוב התרשים עם כלים חישוביים מספק את הטוב ביותר של שני העולמות.

משאבים חיצוניים ללמידה נוספת

מהנדסים המעוניינים להעמיק את הבנתם של תרשים סמית במערכות SDR יכולים לחקור את הדברים הבאים:

  • (ב) כרך ראשון (ב"א) ,"ב[[1924]]]]]]]]" (שם מקור: "[[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]
  • (ב) ⁇ 0 (הופנה מהדף "ה-Maxim Integrated Tutorial: Smith Chart Basicsph" 1:1) - כולל יישומים באנטנה.
  • (ב) עיין ב-[[1924]]: [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]

מסקנה

תרשים סמית' רחוק מיושן בעידן SDR. להיפך, הכוח הגרפי שלו השתפר על ידי סימולציה דיגיטלית ובקרת בזמן אמת, מה שהופך אותו כלי חיוני לפיתוח תדרים, רחב פס RF חזיתי קדמית. בין אם נעשה שימוש בעיצוב ידני, כוונון אוטומטי, או VNA-based בדיקות, הגרפים סמית' מאפשר מהנדסים לדמיין ולפתור בעיות התאמה רחבות יותר כי הם ביצועים מרכזיים כמו סמית 'דרים יותר, כמו סרן זמן, ו-SDR להמשיך , להמשיך מדריכים יותר, כדי לנסחפוכות רוחב פסים יותר, החידושים מתקדמים יותר, החידושים, החידושים, החידושים, החידושים, החידושים, החידושים של החידושים של החידושים של החידושים של החידושים, החידושים, החידושים של החידושים, החידושים, , החידושים המבוססים על פני רוחב פסים יותר החידושים החידושים החידושים החידושים, החידושים החידושים , , החידושים , , החידושים החידושים המבוססים על בסיס רוחב פסים יותר החידושים של הגרפים החידושים, החידושים של ה-SDR, החידושים, מיפוי החידושים, החידושים החידושים החידושים החידושים החידושים, החידושים החידושים מיפוי , ,