Frekans Ayrılmanın Meydanlaştırılması

Modern iletişim sistemleri giderek birden fazla frekans bandında eşzamanlı bir operasyona güveniyor. İster ve #8217; bu mümkün olan 4G ve 5G'yi işleyen bir hücresel temel istasyon, farklı gruplarda veya bir yazılım tanımlı radyo geniş bir spektrumu kapsayan, bir transiversiteyi temizlemek veya bir araya getirme yeteneği kritiktir.Dörtücüler ve duplexler, bu performansın aynı zamanda frekansları paylaşması için aynı zamanda tek bir antene yol açar.

Bu tür ağların tasarımı önemsiz değildir. Bir diplexer veya duplexer içindeki filtreler 1939 yılında keskin bir grup kenarlarını, düşük ekleme kaybı, yüksek izolasyonu ve tüm limanlarda iyi bir uyumsuzlaştırma, tasarım ve en zarif ve kalıcı araçlardan biri, Smith grafiklerinin ve dublekslerin pratik tasarımını, 1939 yılında ilk dürtüsel aideyi gösteren RF mühendislerin, karmaşık yönlendirmeleri ve tasarımlarını optimize etmesi gerekenleri açıklar.

Smith Chart Fundamentals

Smith grafiği, yansıma katsayının kutupsal bir arsasıdır (gamma) normalleştirilmiş bir dürtü ile aşırı yükleme ve koordinatörlüğü kabul eder.Her nokta, tahmin edilebilir bir yay veya rotasyon kombinasyonu olarak görünür.Bu, mühendislere karşılaştırıldığında, belirli bir cebi çözmeden ağ tasarlama imkanı sağlar.

Diplexer ve duplexer iş için, Smith grafiği özellikle değerlidir çünkü bireysel filtre resonatörler veya tüm filtre ağlarına nasıl zarar verdiğini gösterir, tasarımcı yanlış eşleşmelerin nerede meydana geldiğini ve neyin doğrusal adımların gerekli olduğunu belirleyebilir.

Dış kaynak: Smith grafik teorisine kapsamlı bir giriş ve arsalama mevcuttur.)Mikro dalgalar101).

Impedance and Reflection Co effective

The yansıma kat & #915; Olay gerilim dalgasına yansıyan gerilim dalgasının oranı olarak tanımlanır.Bu haritayı merkezde bulunan karmaşık bir sayıdır. Smith sistem ve #8217; karakteristik dürtüsel olarak 50 ohms). mükemmel bir maç ve #915; = 0, hangi arsalar sağda, sol tarafları solunda kısa bir devre.

Diplexer ve Duplexer Architecture

Smith grafiğini uygulamadan önce, daha düşük frekans grubu, port 2 daha yüksek bir bant sunar.Bir diplexer ortak liman ve iki grup özel limandan oluşur. ortak liman antene bağlıdır (örneğin, 50 ohms) her iki geçiş bandında filtrelenebilir, her bir yüksek bir engel oluştururken (kesinlikle açık veya kısa bir süre içinde) diğer gruptaki bir araya gelmelidir.

Bir duplexer, iki kanalın aynı anda iletmeye ve almaya adanmış bir diplexer özel bir durumdur. izolasyon gereksinimleri genellikle çok katıdır - 80 dB veya daha fazlası - hassas alıcıdan yüksek güç verici önlemek için. Duplexers genellikle boşluk resonları veya seramik kobiyalleri kullanın, ancak Smith grafiğini kullanan tasarım metodolojisi aynı kalır.

Diplexers'de Eşleşmek için Smith Chart'ı kullanarak

Impedance eşleştirme, karmaşık performans için merkezidir. Yaygın bir kavimde, iki filtre engeli paralel olarak etkindir.Genel olarak 50 ohms olması gerekir, her filtre diğer filtrenin aktif olduğu frekanslarda belirli bir engel değeri sunmak zorundadır.

Ağların Tasarımı

Tipik olarak, her filtre, geçiş çizgisi bölümleri veya topaklanmış L-C ağları gibi bireysel olarak tasarlanmıştır - filtre ile oluşturulan filtreler arasındaki etkileşimin engellenmesine neden olabilir. Smith grafiği, tasarım hattı bölümleri veya topaklanmış L-C ağları gibi - ortak bir kavim ve her filtre arasında.

Örneğin, alt bant filtre 25 + j10 ohms üst bant merkez frekansına doğru geri dönmeli.Bu, yüksek bir engele dönüştürülmelidir (açık bir devreyi yüksekten indirmeye karar verir) böylece üst bant filtreyi yükleyemez. Smith grafiğinde, bu doğru tarafa doğru tarafa doğru geri dönüş anlamına gelir (yüksek direnç) doğru bir şekilde.

Stub Tuning

Yaygın bir teknik, açık bir sirkül veya kısa süreli bir circuit ub'u, filtrenin reaktif kısmını iptal etmek için ortak bir kavimdeki süzüğe kullanmaktır.The Smith chart makes this visual process and sezgisel.

Dış kaynak: Daha derin bir uyum için, bkz.frakt:0)RF Cafe'nin Smith grafik kılavuzu[[Dön 1: 1).

Smith Chart ile Filtre Bölümlerini Tasarlamak

Grup geçiş filtreleri kendilerini Smith grafiğini kullanarak tasarlanabilir. Modern yazılım bunun çoğunu otomatikleştirirken, altta yatan grafik yöntemin sorun ve optimizasyon için paha biçilmez olduğunu anlamak.

Lumped Element Filtreler

Daha düşük frekanslar için (tipik olarak birkaç yüzölçücünün altında), diplexerler genellikle bir dizi ideal dürtüsel değerleri gerçekleştirilebilir, bant genişliği ve eksiyon kaybı. Filtre topoloji (örneğin, bir Butterworth veya Chebyshev yanıtı) her resonatorda sabit olmayan veya hareketli dairelere dönüştürür. Smith grafiği bu ideal değerleri gerçekleştirilebilir bileşen değerleri, parasitics için muhasebe.

Dağıtılmış Element Filtreler

Mikrodalga frekanslarında (above 1 GHz), iletim hattı segmentleri yedek parçalı bileşenler kullanıyor. Filtreler genellikle çift hatlar, açık-stub resonatörler veya dönüştürücü yapılar için gerekli olan işlemsel dirençler. Smith grafiği, çeyrek dalga geçiş hattının tasarımını basitleştirmiyor - ortak bir yük eşleştirme cihazı - bu grafikte 180 derece rotasyon olarak temsil edilir.

Smith Chart-Based Diplexer Design'de Pratik Adımlar

RF mühendisinin takip edebileceği gerçekçi bir tasarım akışıyla yürüyelim.

  • [FONT=0]Grupları ifade eder.[[Dönetici: 1 ) Bir diplexer 700-800 MHz (Band A) ve 1800-00 MHz (Band B) ve ortak liman her iki gruptaki 50 ohms ile eşleşmelidir.
  • [[Dönetici filtrelerini tasarlayın.[Dönetici:0) Geleneksel filtre sentezlerini kullanarak (örneğin, çift resonator teorisi), her grup için 5 kutup Chebyshev bandpass filtre oluşturabilir 0.5 dB ripple ve uygun bant ile. Simulate her frekansa karşı tek başına filtreyi elde etmek için.
  • [FONT=0]Plot on Smith grafiğinde [Dönetici: 0,3|Düzücük A ve Filtre B'nin aynı Smith grafiğinde (normalleştirilmiş 50 ohms) Observe that at 700-800 MHz, Filter A impedance Circles, while Filter B impedance is far away (high yansıma). Conversely, 1800-1900 MHz, Filtre B oldukça yansıtıcı.
  • [FONT:0)Check izolasyonu [Dönetici:0) Bir diplexer için, diğer geçiş bandında bir filtrenin yansımasının eklenme kaybı olabileceğini gösterir. Smith grafiği, her filtrenin diğerine sunduğunu gösterir.
  • [FONT=0]Insert eşleştirme ağı.[[Dönetici:0) 1900 MHz'de bir uyarıda bulunun, Filter A, 5 + j30 ohms (normalleştirilmiş 0.1 + j0.6) Bu düşük direnç türü, Band B sinyalinden güç alır. Smith grafiğinde, yüksek bir direniş çemberi noktayla geçiş yapan bir darbeyi başka bir şekilde takip eden sabit bir direniş çemberi bulun.
  • Simulate birleşik ağ. Eşleştirme stubs veya çeyrek dalga bölümleri ekledikten sonra, tam diplexer'i taklit edin. Check S11 (kommon port geri dönüş kaybı), S21 (pasa eklenme kaybı), S31 (başka bir grup ekleme kaybı), ve S23 (kullanıcı kaybı) ve S23 (bağışlar arasında bir kez daha kullanılabilir.
  • [FONT:0]İterate.[[DÜDÜT:1] Küçük adımlarda kuyruklar veya dönüştürücüler ayarlandığında, Smith grafiği hemen görsel geri bildirim sağlar - eğer engellenenler hedeften uzaklaşırsa, doğru yöndeki yön açık.

Bu süreç bir zaman egzersiz değildir. Uygulamada, birkaç iterasyonlar üretim toleransları ve sıcaklık etkilerini karşılamak için gereklidir. Smith grafiği, karmaşık engelleyici matrikslerde kaybolmadan mühendisin devam etmesine yardımcı olur.

Simülasyon ve Optimizasyon Araçları

Kılavuz kavramsal tasarım ve sorun giderme için mükemmel olsa da, modern RF yazılımı, bir gömülü Smith grafiğine entegre eder ve sürüklenen elementleri otomatik olarak ekler.The software updates the impedance eğris as component values change.

Yazılım kullanırken bile, Smith grafiği anlamak önemlidir. Tasarımcının temel kısıtlamaları ihlal eden seçimler yapmasını engeller (örneğin, tek bir dizi inductor ile çok düşük bir direnişle eşleştirmeye çalışmak, pratik sonuçları yorumlamaya yardımcı olabilir: bir spiral engelleyici eğriliği sık sık sık sık sık sık bir bağlantı gösterir.

Dış kaynak: Filtre tasarımında yazılım tabanlı Smith grafik kullanımı örnekleri için, başvuru notlarını [[0)Keysight Technologies).

Duplexers için Gelişmiş Düşünmeler

Duplexers, izolasyon ve güç kullanımı konusunda katı gereksinimleri uygular. Smith grafik yöntemi bu davalara genişletilebilir, ancak yüksek izolasyon için, resonatörler genellikle bu fazın üzerinde 180 derece olan bir “balanced” konfigürasyonunda ve filtrelerin birbirlerinin engellendiğini garanti eder.

Bir diğer gelişmiş teknik, bağlantı noktasında karmaşık bir yük elde etmek için Smith grafiğini kullanarak optimize edilir; Bu yükler, kompozit dürtülerin 50 ohms olduğu için.

Dış kaynak: Bir Manifold Coupling Approach kullanarak bir Diplexer tasarımı)[Dönetici:0)[tr|Blog: 0:0|IEEE Mikrodalga Dergisi).

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Smith grafiği tarihsel bir sanat eserinden çok daha fazlasıdır; ilk konseptin ayarlanması için güçlü, sezgisel bir araç kalır ve duplexerlerin tasarımı için.Bir görsel bir dürtü dönüşüm haritası sağlayarak, mühendislere hızlı bir şekilde eşleşen ağlarını doğrulamasını sağlar, filtre etkileşimlerini doğrulayın ve optimize eder.İlk konseptten nihai ayarlamaya kadar, Smith grafiği, araştırma ve hızları geliştirme döngüsü azaltır.