Come Calcolare e Misurare la Coefficiente di Riflessione per una corrispondenza efficace dell'impedenza

Passi chiave per la misurazione di Γ con un VNA:

1. Calibrare il VNA al piano di riferimento (fine del cavo o porta di prova).
2. Collegare il dispositivo sotto test (DUT) — ad esempio, un'antenna, un ingresso dell'amplificatore o un filtro.
3. Impostare la gamma di frequenza di interesse.
4. S_11[[[]] (coefficiente di riflessione dell'ingresso) direttamente — equivale a 1 per una misura di un solo rapporto.

La misurazione VNA è essenziale per la progettazione di reti corrispondenti perché fornisce sia la magnitudine che la fase di Γ in frequenza.

Meter SWR / Reflectometer

Per applicazioni di campo in cui un VNA è poco pratico, un misuratore SWR (o un accoppiatore direzionale con rilevatori di potenza) può misurare la magnitudine di Γ indirettamente tramite VSWR.

Tuttavia, per la rapida messa a punto dell'antenna o il rilevamento dei guasti del cavo, è sufficiente un misuratore SWR. Il VSWR misurato viene convertito in |Í| utilizzando la formula sopra.

Riflessione del tempo-dominio (TDR)

La riflessione a un determinato ritardo corrisponde al coefficiente di riflessione a quella distanza. TDR è usato per individuare le discontinuità di impedenza (ad esempio, le interruzioni dei cavi, i connettori poveri) ma è meno comune per l'accoppiamento di frequenza-dominio.

La Smith Chart: Visualizzazione di questa e di un'altra corrispondenza

Sviluppato da Phillip H. Smith negli anni '30, il grafico Smith è un grafico polare del coefficiente di riflessione sovrapposto con cerchi di costante resistenza e costante-reazione.

• Plot a misurare l'I[] come punto e leggere l'impedenza del carico corrispondente (normalizzata a Z₀]]]].
• Visualizzare trasformazioni di impedenza[] mentre si sposta lungo una linea di trasmissione (rotando intorno al centro).
• Progettare reti di corrispondenza] utilizzando elementi serie e shunt L/C o linee di stub.

Per usare il grafico Smith, normalizzare l'impedenza del carico ]z_]L = Z_L / Z₀], poi trovare l'intersezione dell'arco di fase costante e la distanza costante

Ad esempio, un carico di 30 + j40 Ω in un sistema di 50 Ω ha z[_]L = 0,6 + j0.8]]. Lo scopo di questo su un grafico Smith mostra | ≈ 0.5 a circa 90° — corrispondente al calcolo sopra.

Tecniche di corrispondenza dell'impedenza basate su Γ

Abbinamento con gli accessori lumped

Per le basse frequenze fino a qualche gigahertz, sono comuni reti di induttori e condensatori. L'obiettivo è quello di trasformare l'impedenza di carico in modo che l'impedenza di ingresso vista dalla fonte sia uguale a Z₀] [O suo complesso coniugato]] [FLT:]

Per progettare una rete L da un noto ] del], è possibile utilizzare il coefficiente di riflessione misurato per determinare le parti reali e immaginarie del carico. Quindi, utilizzando formule o un grafico Smith, selezionare i valori L e C che annullano la parte reattiva e trasformano la resistenza a Z₀].

Tuning di Stub

Nei circuiti di distribuzione (linee di trasmissione), un stub — una sezione corta o aperta della linea — può essere posizionato a una distanza specifica dal carico per annullare la riflessione. La lunghezza e la posizione della barra sono determinate dalla fase di Γ. Ad esempio, una barra corta di lunghezza λ/4 agisce come circuito di risonanza della serie (corto al suo ingresso) e può trasformarsi.

Trasformatore a tre quarti

Per carichi puramente resistivi, una linea di trasmissione a onde quadrate di impedenza caratteristica Z_]Q] = √Z₀ · R[_]]L]]]]) può corrispondere alla linea.

Considerazioni pratiche nella misura

Calibrazione e Piano di riferimento

Qualsiasi connettore o cavo tra la porta di prova e il DUT introdurrà la sua trasformazione di Γ. In una calibrazione VNA, gli standard (aperto, breve, carico) sono posizionati su quel piano. Per i contatori SWR di campo, è necessario garantire che lo strumento sia calibrato per la vostra specifica impedenza del cavo (ad esempio, 50 Ω o 75 Ω).

Dipendenza da frequenza

Il coefficiente di riflessione è fondamentalmente una funzione di frequenza. Un carico che appare ben abbinato a 100 MHz può essere male miscuglio a 1 GHz. Misurare sempre l'U attraverso la larghezza di banda operativa prevista. Una spazzata VNA rivela picchi risonanti dove l'Up (buon match) e le anti-resonanza dove l'U picchi.

Effetto delle linee di Lossy

Nelle linee di trasmissione lunghe o perse, la magnitudine del coefficiente di riflessione al punto di misura viene attenuata rispetto al valore al carico. Il VNA può correggere per la perdita della linea attraverso la sua calibrazione, ma un semplice misuratore SWR posto alla fine della sorgente mostrerà un VSWR distorto se esiste una perdita di cavi significativa.

Fattori ambientali

Temperatura, umidità e stress meccanico possono alterare l'impedenza del cavo e le caratteristiche di carico. Quando si misura l'I per un'installazione permanente, si prendono le letture in condizioni operative attesi.

Errori comuni e come evitare di loro

• Ignorando la fase:[] Il ripiegamento solo su VSWR o |Í| può portare a un'abbinamento subottimo.
• Utilizzando l'impedenza di riferimento sbagliata:[] Assicurare sempre il vostro strumento di misura (VNA, misuratore SWR) è impostato allo stesso Z₀] come il vostro sistema — 50 Ω per la maggior parte RF, 75 Ω per video/broadband, o 300/600 Ω per audio/telefono.
• Qualità del connettore di alimentazione:[[] Connettori danneggiati o sporchi presentano riflessi aggiuntivi. Pulire e controllare tutte le connessioni prima di misurare.
• Neglettendo molteplici riflessioni: In errori cascaduti, l'Ul totale è una somma di riflessi da ogni discontinuità. Per un semplice carico, questo non è un problema, ma in una catena di componenti, considerare il S₁₁[F.

Conclusioni

Il coefficiente di riflessione[] è la metrica definitiva per valutare le mismatiche di impedenza nei sistemi di linea di trasmissione. La sua formula = (Z_]L – Z_{]]]0[FLT]]]] [Flozione di calcolo}