Smith Chart ve Anten Sistemlerindeki Wr arasındaki bağlantı

Giriş: RF Mühendisliğinde Indispensable Duo

Radyo frekansı (RF) mühendisliği dünyasında, iki konsept anten sistemi analizinin sütunları olarak duruyor: Smith Chart ve Gergin Dalga Orantısı (VSWR) Bu arada, Hamilton H. Smith Chart tarafından 1930'larda icat edilen, mühendislere tasarım, optimize etme ve yansıma katlarını sağlayan güçlü bir yöntem sunuyor. VSWR, bu makaleden gelen iki yüksek çözünürlükle nasıl bir antenin bağlantıya nasıl eşleştirildiğini doğrulayın.

VSWR Nedir? Yakın Bir Bakış Impedance Matching

VSWR, bir iletim hattı ve yük arasındaki yanlışlığı açıklayan bir boyutsız sayı (tipik olarak bir anten) kaynağın kaynağına geri yansıtması için bir sinyal hattının bir araya gelmesi ve dalgalamanın engellenmesi arasındaki farkın ortadan kaldırılmasına neden oluyor.

VSWR Formula ve İdeal Değerler

[FONT=0)Perfect maçı:[Döntilmiş: [Döntilmiş VSWR = 1:1 (en fazla güç transferi)
[FONT:0]Practical sistemler: [Dönetici: [Dönetici: 1:1] Aşağıdaki VSWR genel olarak kabul edilebilir; 2:1'in altında birçok uygulama için yaygındır.
[FONT:0) Yüksek VSWR: [DÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNLER: [DÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ: 0,8]Yüksek VSWR: [DÜDÜŞÜNÜDÜDÜŞÜNÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜye Değerler 3:1, güç kaybı, ısı üretimi ve verici nihai yükseltici aşamaya potansiyel zararlar gösterir.

Matematiksel tanım VSWR doğrudan yansıma katlarının büyüklüğüne bağlar ( ⁇ ):

[FONT=0)VSWR = (1 + | ⁇ |) / (1 – | ⁇ |)).

[FONT=0) ⁇ = (Z[DÜDÜDÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞ

Neden VSWR Anten Sistemlerinde Önemlidir

Düşük VSWR, maksimum miktarda RF gücünün sadece atıklar gücü değil, aynı zamanda neden olabilir: Yüksek VSWR sadece atıklar için antene ulaşmasına olanak sağlar.

Rekreasyona geri seyahat eden, potansiyel olarak zarar veren transistörlere geri seyahat eden ışık.
Baskı maxima'daki yüksek akımlar nedeniyle iletim hattındaki artışlar.
Sistem bant genişliğinin eşleme ağları frekans duyarlı hale gelir.

Bu nedenle VSWR'yi ölçme ve azaltma anten sistemi tasarımında birincil bir hedeftir. Smith Chart'ın görselleme ve uygunsuzlaştırma problemlerini çözme ve çözme için sezgisel bir araç olarak parladığı yer budur.

Smith Chart: Grafiksel Bir Güç Evi

Smith Chart aslında karmaşık dürtüsel düzlemin (veya kabul edilen) bir birim çemberi, bir bilinen dönüşüm kullanarak gösterir.Normalleştirilmiş bir dürtüyü gösterir (z = Z / Z_{) Sürekli-resistlik çemberleri ve sabit-reksiyonlu arklar ile aynı zamanda doğrudan doğruya tepki gösterir.}

Smith Chart'ın Anahtar Özellikleri

[FONT:0) Normalleştirilmiş dürtü koordinatları: Yatay eksen saf direniştir, doğruya artan değerler ile olumlu tepkidir (girici), yarı negatif tepki (kapı).
[FONT=0]Constant VSWR çevreleri: Consan çevreleri grafik merkezinde sürekli VSWR temsil ediyor. onların yarıçapları ile ilgilidir | ⁇ |, bu yüzden bir çember boyunca hareket VSWR değişmeden kalır.
[FONT=0)[Dönemli sürüm:[Dönetici: {0}[Dönemli) {0}[Dönemli) {0}[Dönemli) {0|Dönemli) {0|[Dönemli)) {0|Dönemli)))
[FONT:0]Angle ve büyüklüğü:[Dönetici merkezin radyön mesafe | ⁇ |; agular pozisyonu ⁇ aşamasına verir.

Mühendisler genellikle Smith Chart'ı seri veya shunt bileşenleri ekleyerek veya iletim hattı segmentlerini kullanarak (stubs) kullanarak devre dışı bırakmak için kullanırlar.The chart removes complex arithmetic, provide a visual kısayol that shows the effect of each setting anında.

Smith Chart'ı VSWR'ye Bağlayın: Maçı Görselleştirmek

Smith Chart ve VSWR arasındaki temel bağlantı, VSWR'nin yalnızca aynı ayakta duran dalga oranını ortaya çıkardığı için, Smith Chart'a verilen bir sabit VSWR'ye ilişkin son derece verimli bir yol açıyor[Dönetici: 1 ).

Normalleştirilmiş yük, grafikte engellenir.
Bu noktadan grafiğin merkezine (bu mesafe | ⁇ |) mesafeyi bulun.
VSWR'yi yatay eksen boyunca (veya sürekli VSWR çevrelerinden) ölçeklendirmeyi okuyun.

Örneğin, bir normalleştirilmiş z = 2 + j0 (i.e., Z_)L) = 100 ohms üzerinde 50-ohm hattında gerçek eksende yatıyor (100+50) = 0,33. formülü kullanarak, VSWR = (1+0.333) / (1-0.333) ⁇ 2.0:1. Smith Chart, bu noktada, sürekli VSWR 2.0 çemberi üzerinde duruyor.

Herhangi bir Impedance VSWR'den Belirlenmesi

VSWR'yi herhangi bir karmaşık yönlendirme için, açıkça ⁇ hesaplamanız gerekmez. Bunun yerine, doğrudan dış kenardaki grafiğin merkezine (| ⁇ |) doğrudan VSWR'ye dönüştüren sabit VSWR çemberi takip ederek belirlenir.

[FONT:0]Practical Tip:) Eşleştirme ağlarını tasarlarken, istenen VSWR çemberi (örneğin, 1.5: 1) ve sonra yükleri o çemberin içine dönüştürebilecek bir noktaya kadar seçersiniz.

VSWR'yi Minik İçin Smith Chart'ı kullanarak: Eşleştirme Teknikleri

Herhangi bir anten sistemi tasarımcısının nihai hedefi, işletme frekansı bandında mümkün olan 1:1'e yakın bir VSWR elde etmektir. Smith Chart çeşitli klasik eşleştirme teknikleri sunar:

Single-Stub Eşing

Kısa devreli veya açık devreli aktarma hattı stublar, reaktif kısmı iptal etmek ve direnici kısmı ayarlamak için belirli mesafelere yerleştirilir. Smith Chart, ilk arsayı kabul eder (en sonunda 180°'yi merkezden geri döndürür) ve sonra iletim hattı boyunca hareket eder (bitkiye doğru saatli hareket eder) ve sabit pozisyondaki yeri ve pozisyonun çemberini eşit tutar.

Quarter-Wave Transformer

Tamamen dirençli yükler için, bir çeyrek dalga geçiş hattının karakteristik olarak imkansızlık Z_{)[Dönetici:0)[Dönetici:2|0[Dönetici: 3 ) × R[DÜDÜDÜDÜDÜye ait) bölümü ana hata yük ile eşleştirilebilir. Smith Chart, çeyrek dalga dönüşümü, merkezde 180° ile doğruya doğru hareket eder (i.e.}

Lumped Bideme (L-Networks)

Konsertör ve indüktörler kullanarak, mühendisler L, T veya Pi ağlarını tasarlayabilirler. Smith, yükleri sabit bir şekilde arsayarak ve sonra tekrar tekrar tepki gösteren bir dizi veya taksitle tepki verir.Her bir sabit-resistance çemberi (muhtemelen Smith Chart'ta) ilerleyebilirken, bir shunt elemanı sürekli olarak onu sabit bir şekilde hareket eder ve ardından tekrarlama işlemine (sonuçlama adımları kullanarak) ulaşmak için bir diziye ulaşır.

Broadband Matching

Geniş bant antenleri için, eşleştirme frekans aralığında tutulmalıdır. Smith Chart, frekans işaretleriyle ilgili değişiklikleri nasıl optimize edebilir (kesin işaretleyicileri ile bir iz olarak arsalanan).Çok-kesit dönüştürücü veya kasetli hatları kullanarak, mühendisler grubun karşısındaki izlerini tutabilir.

Smith Chart ve VSWR'nin Anten Sistemlerindeki Pratik Uygulamaları

Anten Tuning ve Optimizasyon

Anten gelişimi sırasında, mühendisler bir vektör ağı analizörü (VNA) frekanslara karşı tedbiri ölçmek için kullanır. VNA genellikle bir Smith Chart'ta izlerini doğrudan gösterir. VSWR'yi her frekansta inceleyerek, anten geometrisini ayarlayabilirler (örneğin, gerekli elektriksel değişiklikler, zemin düzlem boyutunu) 50 ohms'a yaklaştırır.

Transmission Line Fault Tespit

Yüksek VSWR, kanaldaki fiziksel sorunları da gösterebilir, örneğin su ingress, korozyon veya kırık iletkenler gibi. Çizginin girişinde ve Smith Chart'ı karmaşık bir yükle modellemek için kullanarak, mühendisler bir hataya mesafeyi tahmin edebilir.Bu teknik, frekans domaini yansıma alanı olarak bilinen, grafiğin bir engelleyicisini kullanarak nasıl dönüştürebileceğini gösterme yeteneğinden yararlanarak.

Multiband Anten Tasarım

Birçok modern anten (örneğin, hücresel, Wi-Fi veya GPS için) birden çok grup üzerinde çalışmalıdır. Smith Chart, tasarımcılara düşük VSWR'yi her grupta sunan eşleme ağlarını sağlar, sık sık sık birden fazla stil veya geçiş bileşenleri kullanarak. Tüm gruplar için dürtü izlerini aşırı yüklemeleri yaparak, haritalama çabaların nerede konsantre olması gerektiğini ortaya çıkarır.

Adım-Adım Örnek: Smith Chart'ı Compute VSWR'ye Kullanımı

[FONT=0) Yükün mühimliğini normalleştirin:[Dönetici: 1 ) Z_)L) = 30 – j40 ULL 50-ohm hattında. = 30 – j40)
[FONT=0) Smith Chart'ta Plot: [Dönetici: [Dönetici:0)) Sürekli-resistlik çemberinin kesişimi = 0.6 ve sabit-reactance x=-0.8. Mark noktası A.
[FONT=0)Determine | ⁇ |:[Dönetici: [Dönetici: 0,8] / (1.6 - j0.8) → boyut kullanarak, bu mesafe + 0 (örneğin) = 0.6 (örneğin)) = 0 (0)))) = ( +) / ( +) = 0,8)
[FONT:0) VSWR'yi okuyun: [Dönder: [Dönder: 0,8|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|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|0|||||||||||0|0||||
Plan eşleştirmesi: VSWR'yi 1.5:1 (| ⁇ |<0.2) başarmak için, bu boşluğu grafik merkezi etrafında küçük bir çember içinde dönüştürmemiz gerekir. Smith Chart görsel olarak, bir dizi inductor (resmi olarak sabit bir çemberi olumlu x) veya bir shunt kapasitor (kesinlikle sabit bir çember boyunca) ekleyeceğini gösterir.

Pratikle, mühendisler bu süreci herhangi bir hesaplama olmadan gerçekleştirebilir, Smith Chart'ın sezgisel geometrisi sayesinde.

Daha Fazla Öğrenme için Dış Kaynaklar

[0]Mikro dalgalar101 – Smith Chart Encyclopedia): Smith Chart teorisi ve pratik kullanımları hakkında ayrıntılı açıklamalar.
[FONT:0)Analog Cihazları – Temellere Geri Döndü: Eşleştirme Eşleştirme (Part 1)).
[FONT=0)RF Kablosuz Dünya – Smith Chart vs VSWR): Bir koncise karşılaştırma ve pratik uygulama notları.
[FONT:0]MathWorks – Smith Chart Visualization): Smith Chart analizi için MATLAB nasıl kullanılır.

Ortak Pitfalls ve Sorun Gidering

Frekans Bağımlılığı Ignoring Frekans Bağımlılığı

Smith Chart tek bir frekansta bir anlık. Gerçek antenler frekansla değişen bir bağlantı ağıdır. Bir frekansta tasarlanmış bir eşleşen ağ VSWR'yi başka bir yerde kötüleştirebilir. VSWR'nin kabul edilebilir sınırları içinde kalmasını sağlamak için her zaman tüm grubun izlerini kontrol edin.

Normalleştirilmiş Değerleri Okumak

Taklitleri normalleştirmek için unutmak yanlış bileşen değerlerine yol açabilir.Per topaklanmış elementler için grafik kullanırken, gösterilen tepki normalize edilir; Z_{)[[Dönemli ohms elde etmek için).}

Overlooking Parasitic Effects

Daha yüksek frekanslarda, bileşen parasitics (kapıtıcıların girişine giriş, endüktörlerin çekim kapasitesi) imkansızlığı değiştirir. Smith Chart bunları ek seri /shunt elementleri olarak eklerseniz modelleyebilir.

Prousing Reflection Coive Phase

VSWR sadece | ⁇ |, ancak ⁇ 'nin aşaması, bir ub. Smith Chart'ın hem büyüklüğü hem de fazı verdiğinin belirlenmesi için önemlidir, bu yüzden her zaman dönüşümler yaparken açıyı unutmayın.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Smith Chart ve VSWR, sabit VSWR çevrelerini grafikte gezip, etkili bir eşleştirme ağlarını hızlı bir şekilde değerlendirerek, yanlış bir dizi sunmak için açık bir şekilde sezgisel bir ortam sunuyor. Smith Chart ve VSWR çevrelerini haritada gezinmek için öğrenerek, hızlı bir şekilde anten performansı, verimli bir şekilde eşleştirme ağlarını ve sistemi hataları tasarlayabilirsiniz.

Özetle, Smith Chart sadece tarihsel bir roman değildir; bu, her anten sisteminin nihai hedefine ulaşmak için derin öngörüler sağlar ve VSWR ile birlikte, VSWR ile birlikte, mühendislere güç verir: minimum yansıma ile maksimum güç transferi.