소개 Smith Chart Methods for Frequency Selective Surfaces

Smith Chart는 복잡한 임피던스 및 반사 계수를 시각화하기위한 직접 방법을 제공하는 전자 레인지 엔지니어링에서 가장 최종적인 그래픽 도구 중 하나입니다. 주파수 선택적 표면 (FSS)에 적용 할 때 Smith Chart는 재조합 행동, 대역폭 및 일치 조건에 대한 행동 가능한 통찰력으로 요약 임피던스 데이터를 변환합니다. 순수 수치 접근과 달리 Smith Chart는 주파수 스위츠로 인한 트러스트를 볼 수 있으며, 성능이 향상되고, 분석 결과를 분석하여 분석 결과를 분석하고 분석하는 방법을 제공합니다. 이 단계는 포괄적인 분석 기법을 사용하여 분석 및 분석 방법을 제공합니다.

주파수 선택 표면의 기초

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FSS의 동등한 회로 모델

많은 FSS 구조의 경우, 표면은 전송선에 분파 임피던스로 모델링 될 수 있습니다. 단위 셀의 전기 크기가 파장에 따라 FSS가 작을 때 주파수는, 반투명 요소와 같은 FSS 행동 : 패치 유형 요소 (밴드 스톱 응답을 생성) 및 aperture-type 요소 (밴드 패스 응답을 생성)에 대한 병렬 LC 회로를 위한 시리즈 LC 회로. Smith Chart는 이러한 동등한 회로를 나타내는 자연 플랫폼을 제공합니다, LC는 LC 플롯과 비교할 수 있습니다.

FSS 응답의 유형

  • Bandpass FSS: 특정 주파수 대역 내에서 신호를 전달합니다. 일반적으로 사용되는 가늠구멍 요소.
  • Bandstop FSS: 멈춘 내의 신호 반사체; 전형 패치 요소.
  • Multi-band FSS: 여러 대의 대역을 달성하거나 대역을 막기 위해 여러 대의 원소를 사용합니다.
  • Polarization-selective FSS: TE와 TM 편극에 다르게 대응하도록 설계.

Smith Chart는 분석 도구로

Smith Chart는 반사 계수 Γ = (Z − Z0) / (Z + Z0)를 복합면으로 맵핑합니다. |Γ| ≤ 1. 동시에 FSS 분석에 대해 불확실한 평형 임피던스 및 수용도를 표시합니다. FSS가 조명되면 표면에서 볼 수 임피던스는 주파수가 다릅니다. Smith Chart에서이 임피던스를 그릴 경우 엔지니어는 할 수 있습니다.

  • 불임이 순전히 실제 (Γ는 최소 규모가 있습니다)가 있는 공명 주파수를 식별합니다.
  • 주파수 범위에서 정의 대역폭 |Γ| 임계값 (예: −10 dB) 아래 남아 있습니다.
  • 전송선 stubs 또는 유전체 레이어를 사용하여 네트워크에 대한 임피던스를 설계.
  • 원소 상호 작용에서 parasitic resonances와 연결 효력을 검출하십시오.

Smith Chart에 FSS 임피던스를 매핑

표면 임피던스 ZFSS는 일반적으로 풀 웨이브 시뮬레이션(예: HFSS, CST) 또는 측정에서 자유 공간 방법을 사용하여 얻을 수 있습니다. 반사 계수는 Γ = (ZFSS − Z0)/(ZFSSFSS)] 의 특징은 Z0(FLT:3)의 특성에 따라 결정됩니다.

FSS를 위한 Step-by-Step Smith 차트 분석

1. 자료 취득

FSS를 시뮬레이션하면 FSS의 주파수 범위에 대한 복잡한 반사 계수 S11 (또는 동등한 임피던스)를 얻습니다. FSS를 시뮬레이션하면 S-parameters를 추출하기 위해 Floquet 포트를 가진 단위 셀 경계 상태를 사용합니다. 측정을 위해 안테나와 시간 조정을 사용하여 FSS 응답을 격리하십시오.

2. 정상적인화 및 롯팅

참고 임피던스 (보통 377 Ω 무료 공간)에 대한 임피던스를 정상화하십시오. Smith Chart의 각 주파수 포인트를 뽑습니다. 대부분의 현대 시뮬레이션 도구 또는 Python 라이브러리 (예 : scikit-rf)는 Smith Chart 플로트를 자동으로 생성합니다.

3. 공명 확인

공명은 실축(Im(Z)=0)을 통과할 때 발생합니다. 밴드 스톱 FSS(패치 타입)의 경우, 공명은 개방 회로점(전선의 오른쪽) 근처에 높은 임피던스 지점과 대응합니다. 밴드 패스 FSS(전선)의 경우, 공명은 단락점(왼쪽) 근처에 낮은 임피던스 포인트로 나타납니다. 이 주파수는 트렁크 포인트(왼쪽)의 실제 축 방향을 나타냅니다.

4. 분석 대역폭

반사 계수의 locus에서 대역폭을 평가할 수 있습니다. 주어진 반환 손실 (예를들면 −10 dB)의 경우, 그 규모 (예를들면, |Γ|=0.316 −10 dB)에 해당 반경의 일정한 ‐Γ 원형을 뽑습니다. FSS trajectory가 입력하고 출구가 이 원형이 작동 대역폭을 정의하는 주파수입니다.

5. 에바루이트 일치

Resonance에서 FSS 임피던스가 정확히 Z0이 아니라 매칭 네트워크가 필요합니다. Smith Chart는 매칭 스텁의 그래픽 합성을 가능하게합니다. 상수도 또는 전도성 포인트 (전세 중심)에 도달하기 위해 도전 서클을 따라 이동하십시오. 이것은 넓은 밴드에 비해 낮은 반사가 필요한 라돔 응용 프로그램에 FSS에 특히 유용합니다.

고급 Smith 차트 방법 FSS

다중 공명 FSS 및 간 상태

다 요소 FSS 디자인 (예 : 동심 링, 예루살렘 크로스) 여러 공명 전시. 스미스 차트에서, 이들은 여러 루프 나 나선형으로 나타납니다. 반복 사이의 분리를 분석하는 것은 공명이 결합되거나 독립적 인지 여부를 결정하는 데 도움이됩니다. 스미스 차트는 반 웨이 웨이브를 초과하면 경이로운 격자 렉을 공개 할 수 있습니다. 이 표는 급속한 임피던스 변형 또는 불연성으로 나타납니다.

Stub Networks를 사용하여 임피던스 매칭

FSS는 절연성 층에서 묻힌, 파에 의해 보이는 효과적인 임피던스는 쿼터 파 변압기 또는 shunt 텁을 사용하여 변환될 수 있습니다. 스미스 차트에서 쿼터 파 변압기는 일정한 VSWR 원형의 주위에 180°에 의하여 임피던스 점을 자전합니다. 엔지니어는 빨리 도표의 센터에 FSS 임피던스를 가져오기 위하여 중간 층의 필수 임피던스를 결정할 수 있습니다.

Polarization 분석

많은 FSS는 anisotropic입니다. TE와 TM 편광을 위한 Smith Chart를 도형함으로써, 임피던스 trajectories에 있는 asymmetry는 분명하게 됩니다. 이것은 위성 통신 배열과 같은 이중 극화된 체계를 위해 중요합니다. Smith Chart는 편광을 위한 일관된 성과를 유지하기 위하여 FSS를 디자인하는 것을 돕습니다.

실제 예제: Cross-Dipole FSS 분석

5 GHz의 붕소 응답을 위해 설계된 크로스 디폴트 FSS를 고려하십시오. 단위 셀은 12 mm의 사각형이며, 디폴트 팔 8 mm 길이와 1 mm의 넓은 0.5 mm 두께 FR‐4 기판 (εr=4.4, tanδ=0.02). 4에서 6 GHz의 전체 ‐파 시뮬레이션은 임피던스 데이터를 산출합니다. 스미스 차트에 뽑아 정상적인 대역폭을 읽을 수 있는 붕소를 보여줍니다. 이 밴트는 밸리가 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적 비교적

Smith Chart Methods의 장점 및 제한

의 장점

  • 직관적인 시각화: 복잡한 임피던스 변형은 즉시 파악할 수 있습니다.
  • 그래픽 일치: 간단한 일치 작업에 필요한 algebraic iteration 없음.
  • Bandwidth estimation: 을 읽는 의 상수도 원.
  • 교육 값: FSS 동등 회로의 깊은 이해를 구축한다.

관련 기사

  • Single-port 표현 제한: 스미스 차트는 FSS를 하나의 포트로드로 취급합니다. 전송 분석의 경우 네트워크 이론과 결합해야합니다.
  • Frequency scaling: 직접적인 도형은 일정한 참고 임피던스를 가정합니다; 주기적인 경계 조건을 가진 FSS를 위해, 이것은 각 ‐의 발현 효력을 위한 완전히 계정이 아닐지도 모릅니다.
  • 수동 공정은 수백 개의 주파수 포인트를 위해 시간 조정]가 될 수 있습니다. 소프트웨어 자동화는 조밀한 데이터를 위해 추천됩니다.
  • 각을 직접 표시하지 않습니다. Oblique incidence는 별도의 Smith Chart 플로트 또는 3D 확장을 요구합니다.

관련 기사

Smith Chart는 FSS 분석을위한 중요한 도구로 인해 임피던스 데이터 및 디자인 인텐시브 사이의 간격을 밝게합니다. 도형 함대에 의해 엔지니어는 신속하게 공명, 대역폭 및 일치 요구 사항을 식별 할 수 있습니다. 현대 시뮬레이션 도구는 Smith Chart가 구제되지 않았습니다. 오히려 그들은 자동 도형 도형 및 상호 작용 탐험을 가능하게하여 더 접근 할 수 있도록했습니다. 모든 사람이 Ramdomes, Smith Chart 또는 Smith Chart를 위해 주파수 선택 표면과 함께 작업 할 경우, smith Chart의 다중 구성 요소가 더 복잡해지고, 복잡한 설계 요소가 더 간단해질 것입니다.

외부 자원: