Smith Chart Teknikleri ile Low-pass ve Yüksek Geç Filtreleri Tasarımı
Etkili düşük geçit ve yüksek frekanslı filtreler radyo frekansı (RF) ve mikrodalga mühendisliğinde temel bir görevdir. Bu filtreler filtre sentezlerinde veya yukarıda belirtilen bir kesme frekansının altında veya yukarıda belirtilen bir kesinti frekansına sahiptir, bunları sinyallendirme, frekans seçimi ve sezgi eşleştirme için temel hale getirir. Çeşitli tasarım yaklaşımları arasında, Smith grafiği ve yüksek frekanslı akış teknikleri kullanarak karmaşık bir akış hesaplamaları filtre sentezleyerek, ön doğrulama ve yansıma katlayarak.
Smith Chart: Filtre Tasarımı için Bir Vakıf
Smith grafiği, karmaşık yansıma katsayının kutupsal bir arsasıdır, çünkü karmaşık bir boşluk denklemleri basit geometrik operasyonlara dönüştürür.Normal bir şekilde direnç ve sürekli tepki veren çevreler. – Phillip H. Smith tarafından 1930 yılında geliştirilmiş, genellikle 50 {{) haritada, doğrulanmış bir şekilde sabit bir şekilde sabitlenir.
Filtre tasarımı için, Smith grafiği, mühendislere istenen frekansın yanıtını elde ederken, normalleştirilmiş kesintiye maruz kalma veya sürekli bir davranış ortamına uymalarını sağlar, bir kanal veya manevra elemanının değerlerini değiştirir.Bu grafiksel yaklaşım, istenen frekansın çözümü için gerekli olan cevabı ortadan kaldırır ve normalleştirme yazılımına doğrudan bilgi verir.
[FONT:0) Filtre tasarımı için Anahtar özellikler:).
- [FONT=0]Constant direniş çevreleri[[Dönemli: 1) yatay çizgiler – aslında, sabit direniş, en doğru noktaya kadar çevreler olarak görünür. Bunlar seri tepkileri ekleyerek faydalı.
- [FONT:0)Konstant, arklara tepki verme[DÜT:1) - bu belirli noktalardaki gerçek eksenleri bir arada ele alır ve frekans değişiklikleri olarak imkansızlığı gösterir.
- [FONT=0]Admittance dönüşümü[[[Dönetici: 1 ) – merkezin etrafında 180° ile bir noktaya döner, bu da shunt elementlerini analiz ederken yardımcı olur.
Bu özellikleri yararlanmak için, tasarımcılar grafiği okumakta akıcı olmalıdır: Sürekli bir direniş çemberi boyunca hareket etmek düşük geçiş ve yüksek frekanslı filtre ağlarını eklemek için karşılık gelir.
Smith Chart ile Low-Pass Filtrelerini Tasarlamak
Düşük frekanslı filtre (LPF) DC'den gelen frekansları keserek geçer.D[DÜDÜT:1]) ve entenler sinyalleri yukarıdan alır.The ideal yanıt, kapsamdaki sıfırdan indirgeme kaybına sahiptir, ancak pratik filtreler reaktif elementlerin sayısı ile belirlenen bir kademeli olarak sabit devreye ulaşır (order)
Adım-by-Step LPF Design Prosedürü
[FONT=0]Adım: Define özellikleri [[Dönetici:0)[Dönetici:0)[Dönemli)[Dönemli))[Dönemli)))))[Dönemli)))))))) :Dörtücükler için kullanılan bir ssiyonel (g.)
[FONT=0)Adım 2: Normalleştirin ve arsayı kesmiş durumda arsa.[Dönetici:0)[0][B][/FONT=3))))))))))
[[Dönetici:0)Adım 3: Grafik Kanalları ile bileşenleriniz[Döneticiler için FOF için bir dizi ilk, shunt-ikincitoloji (tipik for LPF), tasarım devam ediyor:
- [FONT:0) İlk element (prodüktör): [Dönetici:0)Bir seri ekleyen bir sabit direniş çemberi saat yönünden (gerçekten tepki gösteren) = 1 for Butterworth.Insetive responseance.The required normalized responseance.)
- [FONT=0]İkinci element (shunt kapasiteci): [Dönetici: 0,5|Döneticileri eklemeye çalışırken, bu işlemden sonra, doğruyu kabul eden bir şekilde, doğruyu doğruyu doğrulayan bir şekilde, doğruyu kabul eden bir şekilde, doğruyu kabul edene kadar (p) doğruyu kabul edene kadar (p=0)) doğruyu kabul edene kadar (p=0))) s.
- [FONT=0]Third element (ekranda): [Dönetici:0))[0|0|0|0|0|0|x|d=2|e=0|x|x|projektör))))))) Sürekli direniş çemberi r=0.2 saat boyunca hareket eder. Gerekli normal tepki hızı g3 = 1.
[[Dönem:0)Adım 4: Denormalize bileşenler[Dönetici:0) Normal tepki ve kesme frekansı kullanarak fiziksel değerlere uygun tepkiyi dönüştürür:
- Giriş: 0:0)L = (x)L) * Z0) / (2:2 [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜye Değerler: 4)[Üye Değerler: 4 )
- Capacitance: [[0)C = b)C)[D[DÜye: 2 )
f)c) = 1 GHz ve Z0 = 50 ULL, ilk inductor 7.96 nH, shunt cleor 6.37 pF ve ikinci inductor da 7.96 nH.
Doğrulama ve Tuning
Filtre inşa ettikten sonra, 50 ULL (yüksek frekanslarda) geçilmesi ve Smith grafiğinin kenarına doğru hareket etmesi gerekir (örneğin, geçiş bandının geri dönüşü başarısız olursa, grafik tarafından yönlendirilebilir.
Alternatif Topolojiler ve Prototipler
Aynı prosedür Chebyshev ve eliptik prototipler için geçerlidir, ancak normalleştirilmiş tepki ve susceptance değerleri farklıdır.Bir limanda bir engelleyiciye ihtiyaç duyarsa, g1 = 0.843, g2 = 0.622, g3 = 1.355. Smith grafik trajektörleri aynı merkezde sona erecektir; hatta siparişler için, filtre bir portatif olarak nasıl silinebilir.
Smith Chart ile Yüksek Lisans Filtreleri Tasarlamak
Yüksek frekanslı filtreler (HPF) kesiciler ve düşük frekanslar üzerinden frekanslar geçer. Smith grafiğindeki engeller ters yöndedir, çünkü kapasitif tepkiler frekans (öneticisel hayal kırıklığı) ve kanalsız geçişler hızlanır.
Step-by-Step HPF Design Prosedürü
[[Dönetici:0)Adım: Normalleştirilmiş düşük frekanslı prototipi kullanın (örneğin, 3. sıra Butterworth: g1=1, g2=2, g3=1). Üst sürüm filtre için, normalleştirilmiş değerler normalleştirilmiş 1 / 2 ile tekrar reaksiyona dönüştürülür.
[FONT:0)Adım 2: Kesedeki dürtüyü ortaya koyar.[*]Dönemede yüksek frekanslı filtre aynı zamanda Z0'ın bir eşli dürtü sunar, bu yüzden başlangıç noktası yine de Smith grafiğinin merkezi z=1.
[[Dönetici:0)Adım: Grafik özelliği ile boyut bileşenleri (öneticileri seri kapasiteye karşı, aşağı indük için)).
- [FONT=0) İlk element (seperatif)[Dönetici:0)[Dönetici) (negative) tepki verir. Merkezden itibaren sürekli direniş çemberi r=1 karşıtlık = 1 - j1[DDD)[Dönetici: 7 )
- [FONT=0) İkinci element (shunt inductor):[Dönetici:0)[0)[0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|=)|0|0|0|0|0|0||=|0|0|=|=|=|=|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|=)|0|0|0|0|0|0|0|=|=|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|p=|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|p=|p=|p=|0|p=|p=
- 3.Dörtücük, yüksek çözünürlükte veya sabit bir şekilde geri dönüşen bir sistemle ilgili olarak, aşağıdaki tabloyu kullanarak, bir diziye sahip olan bir diziye sahip değildir.
3.Düzücükler: C1 = 1 F, L2 = 0.5 H, C3 = 1 F. En düşük çözünürlükte, L2 = 3 = 3 = 1 x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x
[FONT=0) Basitleştirilmiş bir yaklaşım:[Dönetici:[Dönetici:0)Yüksek Ağ için Giriş Yapan Adlı Smith grafiğini kullanın.
- Seri kapasitör: Sürekli direniş boyunca hareket et = 1 sayacı saat olarak x=-1. z=1-j1 (y=0.5+j0.5).
- Shunt inductor: Boşluk alanı (already y=0.5+j0.5) eklemek için, yeni başlayanlara olumlu bir giriş yapmak gerekir.Indüktif sularceptance (daha negatif) Y = j ⁇ C for cleor, but for inductor Y = 1/j ⁇ L = -j/( ⁇ L)
- Test edilene geri dönme: y=0.5+j0.0, z=2+j0. Şimdi, her bir elementin altında filtrelenen son serisini ekletmek gerekir; son seri kapasitör, z=2'ye ulaşır - j1 (y=0.4+j0.2) Bu, uygulamadaki genel olarak, element değerlerin daha düşük maliyetli olması gerekir.
[[Dönetici tasarım ipucu:[Dönetici:0)Practical design ipucu:[Dönetici:0)Practical design ipucu:[Dönetici:0)))) Bu grafiksel çift dönüşümün daha az yaygın olduğunu ve grafiksel olarak doğrulayıcıları kullanarak, bu dönüşümleri uygulayan düşük seviyeli yörüngeleri kullanarak, alt satırları kullanarak, alt satır hareketlerinin altındaki hareketleri anlamasını sağlar.
Doğrulama ve zimleme
Yüzeyin en önemli bileşenleri ile inşa edilen yüksek frekanslı bir filtre için, Smith grafiği üstolojiye bağlı olarak ölçülen S-parametreleri gösterebilir.In frequency well above cutoff, the impedance should cluster near the center (in expire VSWR) Frekans kesintiye doğru azalırken, açık veya kısa devreye doğru doğru spiraller, üstolojiye bağlı olarak, yüksek frekanslı sinyallerin tamamını belirleyebilir ve giriş filtreleyicisi bir açık devre haline gelir.
Gelişmiş Teknikler ve Pratik Yönler
Temel sentez ötesinde, Smith grafiği birkaç gelişmiş filtre tasarım görevlerine olanak sağlar. Örneğin, multi- aşama filtreleri tasarlarken (örneğin, beşinci sipariş), grafik, her bölümdeki dürtüsel dönüşümü doğrulamaktadır.Her aşama kesme frekansına daha yakın bir şekilde getirir, ancak diğer frekanslarda lociyi tasarlarken, tasarımcı, bir araya gelen yanıtın reddedilme gerekliliklerini doğrulayabilir.
[FONT=0]Matching ağları filtrelerle entegre edilmiştir:[DÜT:1) Genellikle bir filtre, bir LOW kaynağı veya yük ile giriş engelleyicisi ile giriş işlemine başlayabilir. Smith grafiği normalleştirilmiş bir bağlantı bölümü (örneğin, 75 {{ referansı) ve sonra aynı özellikteki bileşenleri ayarlayarak filtreye doğrudan bağlanır. Örneğin, 75 LOW girişli filtreye kadar, LOW cihazının normalleştirilmiş bir şekilde yeniden yükleme işlemine başlamak için tasarlanmıştır.
[FONT:0) Parasitik etkilerle ilgili olarak:[DÜT 1:0) Gerçek indüktörlerin, birkaç frekansta ve eşdeğer seri direnişe sahip olmaları (ESR), o zaman kapasitörler nominal değerleri telafi etmek için ayarlarlar (ESL). Örneğin, yüksek frekanslı bir filtre şovun üzerindeki olumsuz davranışlar için tasarlanmış yüksek frekanslılar için tasarlanmış bir ağırlıktır.
[FONT:0)Comparison diğer tasarım yöntemleri ile:) Smith grafik tasarımı grafiksel ve sezgiseldir, bu, geleneksel ekipman veya el hesaplamaları ile birlikte çalışır.Daha yüksek siparişler için, ADS, HFSS veya MATLAB gibi yazılım araçları optimizasyon sağlar. ancak, grafik özellikle hızlı prototipleme, eğitim amaçlı olarak kullanışlıdır ve ayrıca miras ekipman veya el hesaplamaları ile çalışır.
Smith grafik temelleri üzerinde daha fazla okuma için, [[Dönetici:0)Mikrodalgalar101 rehberi Smith grafik temelleri) için ayrıntılı bir öğretici, tablo kullanarak filtre tasarımı için kullanılabilir.(>Pekiz) Tüm Devreler Hakkında[Dönetici[Döneticileri)[Döneticileri ile adım adım adım adım adım adım adım adım adım atabilir.Demokrat filtre sentezleri, Matthaei, Young ve Jones tarafından klasik metin.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Smith grafiği, düşük geçit ve yüksek frekanslı filtreleri RF mühendisliğinde tasarlama için kalıcı bir araç olarak kalır. Grafiksel yaklaşım, basit geometrik yapılara dönüştürür, mühendislere hızlı bir şekilde sentez ve doğrulama filtre ağları sağlar.Bu adımların birçok otomatik olarak taşınmasına rağmen, Smith grafik tekniklerinin sağlam bir temel ilkelerine göre daha derin bir anlayış sağlar.