Comprendere le linee di alimentazione di Antenna e la necessità di risolvere i problemi

I feedline di Antenna, i cavi coassiali o le linee di trasmissione che collegano il trasmettitore o il ricevitore all'antenna, sono componenti critici in qualsiasi sistema radio. Un difetto apparentemente minore in una linea di alimentazione può causare una perdita significativa del segnale, ridurre la potenza di misura, o anche danneggiare le apparecchiature.

Cos'è la Carta Smith? Una mappa grafica dell'impedenza

Il grafico Smith è un grafico polare del coefficiente di riflessione (o gamma) sovrapposto con cerchi di resistenza costante e archi di reattività costante. Esso mappa l'intero piano di impedenza complesso su un cerchio unitario. Il centro del grafico rappresenta un perfetto match (^ = 0, impedenza = impedenza visiva, di solito 50 Ω o 75 Ω). Il bordo esterno rappresenta la riflessione totale (|^) dove l'impedenza visiva è breve

Perché questo valore è così prezioso per la risoluzione dei problemi della linea di alimentazione? Perché il coefficiente di riflessione è direttamente legato al rapporto di tensione in piedi dell'onda (VSWR) e alla perdita di ritorno.

Il sistema di coordinamento della Carta Smith

Il più rapido aggiornamento sulle coordinate: il coefficiente di riflessione è un numero complesso con magnitudo ρ e angolo θ. Sul grafico Smith, la distanza dal centro è ρ (0 al centro, 1 al bordo), e l'angolo θ è misurato dal punto più destro (riferimento a 0°) che va in senso orario (verso il generatore) o in senso antiorario (verso il carico).

Parametri chiave per la risoluzione dei problemi della linea di alimentazione

Prima di immergersi nella procedura di risoluzione dei problemi, aiuta a definire tre parametri critici che il grafico Smith visualizza direttamente:

  • Coefficiente di riflessione (^): Il rapporto tra tensione riflessa e tensione incidente ad un dato punto. Un vettore sul grafico Smith; la sua magnitudine ρ ti dice quanto potenza è persa.
  • Rapporto d'onda in piedi in tensione (VSWR):] Derivato da ρ: VSWR = (1 + ρ) / (1 – ρ). VSWR di 1.0:1 è ideale; valori più alti indicano la mancanza.
  • Ritorno alla perdita (RL):] Espresso in dB: RL = –20 log (ρ). Spesso si considera accettabile una perdita di ritorno di 20 dB (ρ = 0,1); sotto 10 dB indica un errore grave.

Molti analizzatori di rete moderni sovrappongono anche i cerchi VSWR costanti sul grafico, rendendo ancora più facile valutare la salute del sistema.

Risoluzione dei problemi passo-passo con la Smith Chart

Ora applichiamo il grafico Smith per diagnosticare una vera e propria linea di alimentazione. Avrai bisogno di un analizzatore di rete vettoriale (VNA) in grado di misurare S11 (coefficiente di riflessione all'ingresso) sulla gamma di frequenza di interesse. Se non hai un VNA, un analizzatore di rete scalare o un riflettore di tempo-dominio (TDR) può anche fornire dati che puoi tracciare manualmente, ma una velocità e precisione VNA è preferita.

Passo 1: Misurare la Coefficiente di Riflessione sulla frequenza

Collegare il VNA all'ingresso della linea di alimentazione all'estremità del trasmettitore. Impostare le frequenze di avvio e di arresto per coprire la banda di funzionamento (ad esempio, 1–30 MHz per HF, o 144–148 MHz per 2 m). Eseguire una calibrazione a due porte completa se possibile (aperto, breve, carico al piano di misura) per eliminare gli errori dal cavo di prova.

Passo 2: Traccia i dati sulla Smith Chart

Se il VNA ha un display grafico Smith integrato (la maggior parte lo fanno), i dati appaiono come una traccia.

  • Un cluster stretto vicino al centro:[ La linea di alimentazione e l'antenna sono ben abbinati tra la banda.
  • Una spirale o un arco liscio:[ La linea di alimentazione è probabilmente intatta, ma l'impedenza dell'antenna è reattiva.
  • Una traccia che circonda il grafico ripetutamente su una piccola gamma di frequenze: Questo suggerisce una risonanza relativa alla lunghezza, forse a causa di un carico errato o di una linea di alimentazione che è un multiplo di una lunghezza di mezza onda, che trasforma l'impedenza.
  • Trasferimento irregolare, irregolare:[ Povero collegamento, corrosione, o contatto intermittente.
  • Un punto che si atterra esattamente sul bordo sinistro (0 Ω) o sul bordo destro (infinito Ω): Esattamente un cortocircuito o un circuito aperto, rispettivamente, al carico.

Per interpretare la posizione, ricorda che il grafico Smith normalizza l'impedenza. Per un sistema di 50 Ω, il centro è di 50 Ω. Se il punto tracciato si trova sul cerchio di resistenza 0.5 (25 Ω normalizzato) e ha una reattività negativa, l'impedenza effettiva è di 25 - jX Ω. Questo potrebbe indicare una linea di alimentazione elettricamente lunga una onde di quarto, che inverte l'impedenza del carico.

Passo 3: Utilizzare la scala di lunghezza d'onda per individuare i guasti

Una delle caratteristiche più potenti del grafico Smith è la scala esterna contrassegnata dalle lunghezze d'onda verso il generatore (WTG) e le lunghezze d'onda verso il carico (WTL). Seguendo una magnitudine costante del coefficiente di riflessione (un cerchio intorno al centro) e notando il cambiamento dell'angolo come frequenza varia, è possibile determinare la lunghezza elettrica del mangime dal punto di misura al carico.

Passo 4: Identificare i problemi specifici della linea di alimentazione

Con la traccia del grafico Smith in mano, è possibile diagnosticare problemi comuni:

  • Connettori danneggiati o corrosi:[ Salta erratici nella traccia, specialmente a basse frequenze, o una traccia che non segue un cerchio liscio. Spesso accompagnato da un alto VSWR attraverso la banda.
  • Conduttore interno rotto:[ La traccia mostra un circuito aperto al punto di rottura più il cavo rimanente davanti a esso. Se la rottura è vicino all'ingresso, la trama può raggrupparsi vicino al punto aperto.
  • L'intrusione dell'acqua nel cavo:[ La perdita dielettrica aumentata provoca la magnitudine del coefficiente di riflessione per diminuire (il passaggio si muove verso l'interno) come aumenta la frequenza, ma il componente di resistenza può diventare erratico a causa di corti di umidità.
  • Impedenza di carico non corretta (antenna mismatch): La traccia ruota intorno al grafico in un cerchio pulito, ma il cerchio non converge al centro alla frequenza di progettazione.
  • Danni alla treccia:[] Simile a una connessione ad alta resistenza; la traccia può apparire come una spirale che non riesce a chiudere.

Tecniche avanzate di grafico Smith per l'analisi della linea di alimentazione

Per i tecnici esperti, il grafico Smith va oltre il semplice rilevamento di errori. Puoi usarlo per progettare reti corrispondenti senza math complesso. Ad esempio, per abbinare un'impedenza di carico ZL a una linea di 50 Ω, individuare ZL sul grafico, quindi seguire una costante resistenza o un cerchio di conduttanza per trovare i valori più semplici dei componenti L-network. Molti ingegneri preferiscono la configurazione di L-SMS: 1

Un altro uso avanzato è la riflettrice del tempo (TDR) dati convertiti in formato grafico Smith. Alcuni VNA possono visualizzare la distanza-fault in termini di cambiamento di impedenza lungo la linea. Segnando la scala, è possibile individuare un difetto di connettore a entro centimetri, anche in cavi sepolti. Libri come "The Smith Chart" da Phillip H.

Esempio pratico: trovare un connettore Corroded

Si ha una 50 Ω RG-213 alimentazione di un dipolo su 7.1 MHz. La lettura SWR al trasmettitore è 2.5:1 - alto per un dipolo. Si utilizza un Nano dropsNA e spazzare 6.5-7 MHz. Sul grafico Smith, si vede un arco pulito che ruota circa 30° sulla spazzata, indicando la fiducia finale è molto breve.

Strumenti e software che semplificano l'analisi di grafico Smith

I sistemi di calcolo di Smith (in inglese) e di altri strumenti (in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in italiano, in inglese, in inglese, in inglese, in italiano, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese, in inglese,

Conclusione: Sviluppo di un Approccio Systematic

La ricerca di problemi di antenna è una miscela di arte e ingegneria, ma il grafico Smith rimuove gran parte del lavoro di indovinare. Misurando il coefficiente di riflessione e tracciando sul grafico, si può rapidamente distinguere tra un semplice errore all'antenna, un difetto della linea di trasmissione, o un problema di connettore. La chiave è quello di adottare un processo metodico: calibrare le apparecchiature di prova, misurare sopra la larghezza di banda operativa, interpretare il modello di traccia intuto e quindi utilizzare il metodo di misura.