EMC Testinde Smith Chart'a Giriş

1939 yılında Phillip H. Smith tarafından icat edilen Smith Chart, radyo-fret (RF) mühendisliğindeki en güçlü grafik araçlardan biri olmaya devam ediyor.Ne zaman tarihsel bir relic olmak, elektromanyetik uyumluluk (EMC) laboratuvarlarında ve tasarım ofislerinde karmaşık bir şekilde anlaşılmazlık, yansıma katlanarak ve iletim hattı davranışına uygun olarak kullanılıyor.Ingönüllü test bağlamında - amacın bir elektronik cihaz oluşturmaması ne de aşırı elektromanyetik bir müdahaleye karşı hassastır (EMI)

Veriler doğrudan grafikte doğruya doğru arsayarak, mühendisler bir yük veya antenin frekans aralığında nasıl davrandığını çabucak belirleyebilirler, resonant noktaları tanımlar ve yansımaları en aza indirmek için uygun olan EMC mühendisleri için uygun bir şekilde tasarlayabilirler.Bu yetenek kritiktir çünkü kontrol edilmemiş yansımaları kontrol edilemez, yüksek çözünürlükte filtre performansı ve alıcı bağışlayıcı bağışlayıcı bağışlayıcı bağışıklığı artırmak için yol açabilir. Smith Chart köprüleri soyut karmaşık cebi ve pratik devre ayarlayarak, bunu EMC mühendisleri için gerekli olan protokollerin için vazgeçilmez hale getirmektir.

Smith Chart Nedir?

Smith Chart, karmaşık yansıma katsayılarının (gamma) sabit bir şekilde ayarlandığı kutuplu bir diyagramdır.[+x|x|x|x|D|Döntgen|s|x|[D)[D[Dönetici|s/tr|s/tr|s/tr|s/tr|s)[tr|s/tr|s/tr|s/tr|s/tr|s/tr|s/tr|s)

Smith Chart'ın axesleri şunlardır:

  • [FONT:0) Gerçek eksen:[Dönesel olarak merkezden yatay olarak hareket eder, ⁇ (normalleştirilmiş direniş) gerçek bölümünü temsil eder.
  • [FONT=0) Hayalsel eksen:[Dönetici:[Dönetici] Runs dikey olarak merkezden geçiyor, ancak grafik basit bir kartezyen ızgara değildir. Bunun yerine, sabit normalleştirilmiş direniş (r) ve sürekli normalleştirilmiş tepkilerin çemberleri (x) süperim tarafından ortaya çıkmaktadır.

Her noktada grafik, direnç ve tepkinin eşsiz bir kombinasyonunun yanı sıra hareket eder. Sürekli-resistlik çemberi tepkisini değiştirir; sürekli tepkili bir yay boyunca hareket eder.The chart also include a scale aroundmeter that shows the electric angle of ⁇ and the distance from the load in the Waves.

Smith Chart, hem de paralel gösterimler arasında temsil edilebilir. [Dönetici:0] ve kabul edilen algoritmaların tasarımını geri döndürdüğünde, 180° (veya aynı grafiği kabul edilen koordinatlarla kullanarak) bir dizi ve paralel temsiller arasında değiştirebilir - özellikle de uyumlu ağların her iki seri ve shunt elementleri tasarlarken kullanışlı olabilir.

Smith Chart Neden EMC için Önemlidir

EMC testi hem yürütülen hem de yayılan emisyonları ölçmeyi içerir, çünkü dış alanlara bağışıklık sağlar. Impedance yanlış kisler kablolarda duran dalgalar, PCB izlerini ve anten besleme hatlarının etkinliğini azaltabilir. Bu duran dalgalar, belirli frekanslarda amplitüdül ve gerilimin amplitüdünü artırmak için, gereksiz olmayan antenler olarak hareket eden kablolardan daha yüksek radyasyona yol açan emisyonları arttırır.

Smith Chart, mühendislere aşağıdaki EMC ile ilgili sorunları görselleştirip çözmesine yardımcı olur:

  • [FONT:0)Antenna, eşleşen bir eşleme[Döntilmiş: 1) maksimum güç transferini ve minimum yanlı gücü sağlamak.
  • [FONT:0) Direkt tasarım[DÜT:1) - kutupları ve sıfırları belirli frekanslara yerleştirmek.
  • [[Dönlenebilir ve bağlantı karakterizasyonu[[Dönetici:0)[Döneticileri nerede meydana gelir?
  • [FONT:0]Ferrite bead performansı[[Dönetici: 1) problemli frekansta doğru dürtüyü seçin.
  • [FONT:0)Measurement de-embedding[[Döncüm: 1) VNA ölçümlerinden test fikstürlerinin etkilerini ortadan kaldırmak.

Ayrıca, birçok EMC testi standartları, bir cihazın uçsuzluğa izin verilmesi gerektiğini gerektirir (genellikle 50 ULL). Smith Chart, dürtülerin faiz frekans gruplarının üzerindeki grafikte kabul edilebilir bir çember içinde kalmasını doğrulamanın en hızlı yoludur.

EMC için Impedance Matching for EMC

Proper impedance eşleştirme, EMI'ye karşı birincil savunmalardan biridir. Bir kaynak engellendiğinde (örneğin, RF amplifikatör çıkışı) yükleri engelleyerek (örneğin, bir anten), yansıma katsayı sıfır olur ve tüm güç geri yansıtılır, bu yüzden durmuş dalgalar gelişir.

Uygulamada, geniş bir bant genişliğine karşı mükemmel bir maç elde etmek nadiren mümkündür.The Smith Chart, mühendisinin frekans üzerinden yüke doğru arsamasını sağlar ve sonra her bileşeninin istenen merkez noktasına (özellikle 50 {{) nasıl dönüştüreceğini gösterir. Ortak eşleştirme ağları L-networks (iki bileşen), Pinetworks (üç bileşen), veya iletim hatları stubs.

EMC amaçları için, VSWR'de mütevazı bir gelişme bile - 5:1'den 2:1'e kadar - filtrenin toleransını azaltmak için filtrenin reddedilmesini önlemek için yeterince sık kullanılır. Smith Chart aynı zamanda bir filtrenin girişi ve çıkış limanlarının engellendiğini doğrulamak için de kullanılır.

Analyating Reflection Coive and VSWR

yansıma katsayı doğrudan Smith Chart'tan okunuyor: merkezden uzaklık (örneğin) | ⁇ | ve açı (kökeden eğimli eksenden) yalan söylüyor. VSWR çemberi VSWR olarak hesaplanabilir (1 + | ⁇ |) / (1 – | ⁇ |))

EMC testi için geri dönüş kaybı (RL = –20 log| ⁇ |) genellikle bir spesifikasyon olarak kullanılır. 20 dB'nin geri dönüşü ölçüm için karşılık gelir.The Smith Chart, test mühendisinin, test frekansı aralığının üzerinde kabul edilebilir bir geri dönüş durumundan yoksun olduğunu görmek için test mühendisine izin verir.

EMI Filtre Tasarımı için Smith Chart'ı kullanarak

EMI filtreleri – düşük geçit, yüksek frekanslı, band-kesin, veya band-pasif-kapılı-çözsüz yapılan gürültüyü kullanarak filtre kaybı, kaynak ve yük devretme ile güçlü bir şekilde yüklenebilir. 50 LOW için tasarlanmış bir filtre, yüksek çözünürlükte kötü performans gösterebilir veya düşük maliyetli bir kaynak ve düşük maliyetli bir şekilde kullanılabilir.

Örneğin, bir geçiş dönüştürücünin harmoniklerini bastırmak için düşük bir filtre, harmonik frekanslarda gürültüyü kaynağa geri yansıtmak için yüksek bir engel sunmalı. Smith Chart kullanarak, mühendis aynı zamanda filtrenin girişini daha fazla bileşen eklemeden düzeltebilir ve haritanın yüksek çözünürlükte olduğunu doğrulayabilir. Conversely, temel frekansta filtreyi kullanarak filtrenin düşük VSWR'yi güç kaybından kaçınması gerekir.

Ferrite beads, genellikle basit geniş bantlar olarak kullanılır, aynı zamanda karmaşık dürtüleri (R + jX) Smith Chart, bir ferritenin frekansına bağlı davranışını görselleştirmek için mükemmel bir yoldur (resonance) ve daha düşük frekanslarda, yüksek frekanslarda, yüksek frekanslarda, temel kaybı hakimler (yüksek frekanslar için) Belirli bir gürültü için doğru olanı seçer.

Radiated Emissions ve Immunity için Anten Eşleme

Radiated emisyon testleri, bir toparçalı odaya iyi adapte edilmiş bir anten gerektirir. Anten tasarımcıları ve EMC mühendisleri, anten elementlerini ayarlamak için Smith Chart'ı kullanır veya ölçümsüz olmayan antenleri yalnızca ölçmenin doğruluğunu azaltamaz.

Bağışlama testi için, aynı ilke geçerlidir: anten gerekli alanı oluşturmak için alana verimli bir şekilde çift gücü gerekir. Herhangi bir uygunsuz yanlış eşleştirme, amplifikatörden yüksek sürüş seviyelerini gerektiren ve potansiyel olarak intermodülasyon veya harmonik bozulmaya neden olur. Smith Chart, amplifiğin güvenli işletim bölgesinde kalmasını sağlar (tipik olarak yaklaşık 50 {{ ile 50 {{ arasında bir çemberi VSWR ≤ 2: 1).

Her iki durumda da, Smith Chart, rezonansın geçici olarak geri çekilmesine izin verir; örneğin, bir dipole anten birçok prototip inşa etmeden anten geometrisini optimize eder.

Kablo ve Bağlantı Analizi

Kablolar genellikle elektronik bir sistemde en uzun “antenna”dır. kablodaki ortak mod akımları, bilinen bir yükte (örneğin, kablo uçlarında) son derece düşük bir motora sahip olan bir mekanizmadır. -kırıklama işlemine göre - zemin döngüler veya fakir bağlantı sayesinde. Smith Chart, bilinen bir yük devretme ile ilgili olarak, yüksek çözünürlükte (örneğin, yüksek çözünürlükte) ile ilişkili olarak, yüksek çözünürlükte bir kabloyu tanımlamak için kullanılabilir.

Telafi çekirdeği kablo değişikliklerine ek olarak, düşük hacimli bir alanın (vardaki yüksek bir direnişe) tekrarlanması, böylece kablonun girişini ölçmek için uygun hale gelebilir. Smith Chart, etkili bir ferrite, en yüksek çözünürlükte (düşük bir yolsuz) en yüksek bir noktaya kadar (daha yüksek bir direnç için geri dönüş noktası) geri dönüşecektir.

Pratik Uygulama: EMC'de Smith Chart Kullanımı

Bir radiated emisyon başarısızlığı meydana geldiğinde bir EMC laboratuvarında tipik iş akışı Smith Chart tarafından geliştirilebilir.

  1. [FONT:0] Problemli frekansı[Dönetici: 1) Emisyon taramasından kaynaklanan. Örneğin, 150 MHz'de dar bir zirve.
  2. [0] Şüpheli radiating yapısının () (antenna, kablo, PCB izi) VNA kullanarak yansıma katını gerçek zamanlı olarak gösterir.
  3. [FONT:0) Başarısızlık frekansına karşı olan bir uyarıyı ele alalım.[#0] Eğer dürtü, tablonun sol kenarına yakınsa (düşük direniş, endüktif veya kapasitif tepki), yapı bir dizi rezonansa yakın çalışır, yüksek akım ve güçlü radyasyona neden olur.
  4. [FONT:0]Bir tezgahı tasarlayın:[Dönetici: 0) Bir seri direnç veya ferrite bead (o damp the resonance), kablonun uzunluğunu ayarlama veya ayarlayın. Smith Chart, her bileşeni daha önce satılanın etkisini tahmin etmeye izin verir.
  5. [FONT=0) Bu düzeltmeyi kabul eder:[Dönetici:0) Mevcut olan yüksek direnç alanına doğru hareket eden noktanın (Düzük) veya mevcut olan yüksek direniş alanına doğru ilerlediğini kontrol edin.

Bu iteratif süreç, Smith Chart tarafından yönlendirilen, deneme-ve terörizmi azaltır ve değerli laboratuvar zamanını kurtarır. Birçok modern VNAs gerçek ohms ve eşdeğer seri kapasite veya indükance gösteren işaretleyici işlevleri içerir, ancak Smith Chart hala rezonansın Q faktörü ve eşleşen olasılıkların sezgisel bir hissi verir.

Sınırlamalar ve Modern Araçlar

Smith Chart güçlü bir kavramsal yardım olsa da, Smith Chart'ın çoğu bugün bilgisayar destekli mühendislik (CAE) yazılım ve VNA'lar ile eşleme ve arsa Smith Chart verilerinin etkisini hızla tahmin eder. Ancak, yalnızca yazılımlara güvenmek, temel fizikten habersizdir.

Smith Chart ayrıca sınırlamalara sahiptir: kayıp bir iletim hattı ve tek bir baskın mod olduğunu varsayar. Gerçek dünya EMC problemleri, multi-mode propagation, kayıplara ve sonlu izlere karşı darbe yapmak gerekir, ancak Smith Chart genellikle simülasyon sonuçları için mükemmel bir ilk sipariş olarak hizmet eder.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Smith Chart, sekiz yıldan fazla önce geliştirilmeye rağmen, EMC mühendisinin aracı olan alete hala önemli bir araçtır. Daha az iterasyon ve yansıma katsayı, anten eşleştirme, filtre tasarımı, kablo karakterizasyonu ve problem çözme hataları için zaman harcamak. Smith Chart'i modern araçlama ile kullanarak, mühendisler daha güvenilir, daha az iterasyonlarla uyumlu ürünler tasarlayabilir.

Daha fazla okuma için aşağıdaki kaynakları düşünün:

  • [FONT=0)Wikipedia: Smith Chart[Dönetici: 1) Tarih, matematik ve örnekler dahil olmak üzere kapsamlı bir genel bakış.
  • [FONT=0)Keysight Uygulama Not: “ Smith Chart”[[Dönetici: 1) Modern VNAs ile grafik kullanmak için pratik bir kılavuz.
  • [FONT:0)LearnEMC: EMC Temelleri) – doğrudan EMC test yöntemlerine bağlı olan bir kaynak.
  • [FONT:0)Analog Cihazları: Temellere Geri Dönüş – Impedance Matching[[DÜT:1) – sinyal bütünlüğü ve EMC için neden uyumsuzluğu açıklıyor.