Frekans Seçici Yüzeyler için Smith Chart Yöntemlerine Giriş

Smith Chart, mikrodalga mühendisliğindeki en kalıcı grafik araçlardan biri olarak kalır, basit bir şekilde sayısal yaklaşımlara doğrudan bir yöntem sunar. Smith Chart, Frekans Seçici Yüzeylere uygulanırken (FSS), Smith Chart, yeniden ilişkili davranışı, bant genişliği ve eşleştirme koşullarını kullanarak basit bir şekilde analiz etmek için soyut bir kılavuz verir.

Frekans Seçici Yüzeylerin Temelleri

Frekans Selective Yüzeyler, atomik veya uzaysal filtrelerle etkileşime giren iki boyutlu periyodik dizilerdir. Frekansa bağlı iletim ve yansıma özellikleri onları anten radomes, dichic subreflectors, elektromanyetik kalkanlama ve uzaysal filtreler gibi uygulamalarda temel alır.

FSS'nin Eşdeğer Devre Modelleri

Birçok FSS yapısı için, yüzey bir transaript elementleri olarak modellenebilir (projeksiyonel bir elementin elektrik boyutunun dalga boyun eğdiği frekanslarda, FSS, bir topak element gibi davranır: bir dizi LC devresi doğrudan ve ideal bir grup yanıtını üretebilir) ve aperture-tipik elementler için paralel bir LC devre (grup yanıtını üreten) The Smith Chart, bu eşdeğer devreleri temsil etmek için doğal bir platform sunar.

FSS Yanıtlarının Türleri

  • [FONT:0)Bandpass FSS:[Dönetici:[Dönder: 1 ) Transmits sinyalleri belirli bir frekans bandında; aperture elementleri tipik olarak kullanılır.
  • [FONT:0)Band stop FSS:[Dönetici:[Dönetici: 1 ) Yan bant içindeki Yanklar sinyalleri; yama elementleri tipik.
  • [FONT=0)Multi-band FSS:[Dön-grup FSS:[Dön-kanışlar:[Dön-kanışlar: 0,4] Birkaç geçiş bandı veya stopband elde etmek için birden fazla resonant element kullanın.
  • [FONT:0)Polarizasyon-selective FSS: TE ve TM kutuplaştırmalarına farklı bir şekilde cevap vermek için tasarlanmıştır.

Smith Chart bir Analiz Tool olarak

Smith Chart, yansıma katsayıları = (Z - Z0) / (Z + Z0) tarafından, Smith Chart ile bağlantılı karmaşık bir uçakta, mühendisler aynı anda normalleştirilmiş bir şekilde engellenmiş ve kabul edilebilir, FSS analizi için paha biçilmez bir şekilde ortaya koyarlar.Bir FSS aydınlatıldığında, yüzeyde görülen bir boşluk frekansla değişir.

  • Resonant frekansının imkansız olduğu tespit etmek tamamen gerçek ( ⁇ 'nin minimum büyüklüğü vardır).
  • Frekans aralığının bant genişliğini belirleyin | ⁇ | bir eşiğin altında kalır (örneğin, -10 dB).
  • İletsiz ağların iletim hattı stubs veya dielektrik tabakalarını kullanarak incelenmesi.
  • Parasitik rezonanslar ve element etkileşimlerinden kaynaklanan etkiler.

Mapping FSS Smith Chart'a Impedance to the Smith Chart

Yüzey Z)FSS) genellikle tam dalga simülasyonundan elde edilir (örneğin, HFSS, CSTT) veya ücretsiz bir alan yöntemi kullanarak ölçümden elde edilir.The yansıma katsayısı ⁇ = (Z) veya standart bir Smith Chartized için)

Step-by-Step Smith Chart Analysis for FSS

1. Veri Edinme

Karmaşık yansıma katsayı S11 (veya eşdeğer bir şekilde) frekans aralıkları üzerinde elde edin. Simülasyonlu FSS için, Floquet portları ile S-parameters çıkarmak için bir birim hücre sınırı koşulu kullanın. ölçümler için, FSS yanıtını izole etmek için bir ağ analizörü kullanın.

2. Normalleşme ve Yararlanma

Referansın imkansızlığını normalleştirmek (genellikle ücretsiz uzay için 377 ULLAH). Smith Chart'ta her frekans noktası. Çoğu modern simülasyon araçları veya Python kütüphanesi (örneğin, scikit-rf) Smith Chart a otomatik olarak üretebilir.

3. Resonances Tanımlar

Bir resonance, gerçek eksenden geçerken meydana gelir (Im(Z)=0). Bir grup durak FSS (patch tipi), rezonans açık uçlu noktaya (parçaklı noktanın yakınında) doğru bir şekilde karşılık gelir.Bir bandaj FSS (aperture tipi), rezonans kısa uçlu bir noktaya yakın görünür.

4. Analyze Band geniş

Band genişliği, yansıma katsa büyüklüğünin locusundan değerlendirilebilir. Verilen bir geri dönüş kaybı (örneğin, -10 dB), bu büyüklükteki sürekli bir yarıçap çemberi çizebilir (örneğin, | ⁇ |=0.316).

5. Evaluate Matching

FSS resonance'ta tamamen Z0 değil, bir eşleştirme ağı gereklidir. Smith Chart, eşleşen stubs'ın grafiksel sentezlerini sağlar: sürekli direniş veya davranış çevreleri boyunca maça ulaşmak için hareket eder (Performome) Bu özellikle de geniş bir grubun üzerinde düşük yansımanın gerekli olduğu uygulamaları için yararlıdır.

FSS için Gelişmiş Smith Chart Yöntemleri

Çok katmanlı FSS ve Intermodes

Multielement FSS tasarımları (örneğin, konsantrik halkalar, Kudüs haçları) birçok rezonans sergiliyor. Smith Chart, bu çok sayıda döngü veya spiral olarak görünüyor. döngüler arasındaki ayrımı analiz etmek, rezonansların çift olup olmadığını belirlemenize yardımcı oluyor. Smith Chart ayrıca yarı dalga uzun sürelerini aşıyorsa belirgin bir şekilde kötüleştirici loblar ortaya çıkarabilir - bunlar hızlı kesintiler veya sonsuzluklar veya sonsuzluklar olarak ortaya çıkıyor.

Stub Networks kullanarak Impedance Matching Using Stub Networks

Gaz tabakalarında gömülü FSS için, dalga tarafından görülen etkili bir engel, FSS'in grafiklere uygun katmanları kullanarak hızla değişebilir.In the Smith Chart, a çeyrek-wave transformer sabit VSWR çemberi etrafında 180° ile sorunsuz bir şekilde çalışır.

Polarizasyon Analizi

Birçok FSS, Smith Chart'ı hem TE hem de TM kutupizasyonları için asimetrik hale getirerek, dürtüsel yörüngelerdeki asimetriklik belirgin hale gelir.Bu, iki kutuplu sistemler için de kritik bir durumdur.

Pratik Örnek: Cross-Dipole FSS Analizi

Smith Chart'ın 0,5 mm kalınlığında (Dörtücü[D) dB'nin sabit bant genişliğine doğru indirdiği bir yörüngede, 4 ila 6 GHz arasında tam bir dalga simülasyonu olduğunu gösterir. - Smith Chart'ta, normalleştirilmiş bir engelle birlikte 5.1 GHz'de (D) eğimli bir yörüngede bulunan yörüngede, dB'nin uzunluğuna doğru bir şekilde geri dönüştüğüne dair bir uyarıyı gösterir.

Smith Chart Yöntemlerinin Faydaları ve Sınırlamaları

Faydaları Faydaları

  • [FONT:0)Intuitive visualization:[Dönetici:[Dönetici:0) Kompleks imkansızlık varyasyonları hemen anlaşılır.
  • [FONT:0) Grafiksel eşleştirme:[Dönetici:[Dönetici:0) Basit eşleştirme görevleri için gerekli olan bir algebraic iteration değil.
  • [FONT:0)Band geniş tahmin:[Dönder:[Dönder:[Dönder: 1 ) Sürekli ⁇ çevrelerinden doğrudan okuma.
  • [FONT:0)Eğitim değeri:[[Dönetici: 1 ) FSS eşdeğer devrelerin derin anlayışını oluşturur.

Sınırlamalar

  • [FONT:0]Tek-portaj gösterimine dikkat edin:) Smith Chart FSS'yi tek bir kanal yükü olarak ele alır; iletim analizi için, ağ teorisi ile birleştirilmelidir.
  • [FONT=0]Frequency ölçeklendirme:[Dönder:[Dönder: 0,0) Doğrudan arsa sürekli bir referansı varsayıyor; FSS için periyodik sınır koşulları, bu, açısal etkiler için tam olarak hesaplanamaz.
  • [FONT:0)Manual süreci, yüzlerce frekans noktası için zaman alıcı olabilir; yazılım otomasyon yoğun veriler için önerilir.
  • [FONT:0) Doğrudan açıya bağlı olarak gösterilmiyor: Oblique inziği ayrı Smith Chart arsaları veya 3D uzantıları gerektirir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Smith Chart, FSS analizi için hayati bir araç olarak kalır, dürtüsel veriler ve tasarım sezgileri arasındaki boşluğu pekiştirir.In arsament trajectories, mühendisler hızlı bir şekilde rezonanslar, bantlar ve eşleşen gereksinimleri tespit edebilir. Modern simülasyon araçları Smith Chart yöntemleri, tasarım verimliliği ve anlayışla daha erişilebilir hale getirirler.Instematik olmayan yüzeylerle çalışan herkes için - rezonansa devam eder.

[FONT:0)Dön Kaynaklar:[Dönem:[Dönem: 1)

  • [FONT=0)IEEE Madde: “Frequency Selective Surfaces: A Review”).
  • [0]Ansys Blog: Smith Chart RF Mühendisleri için Temelleri).
  • [FONT:0]scikit-rf: Smith Chart) dahil RF /mikro dalga analizi için Python kütüphanesi).