Değişken Yükler için Impedance Matching'e Giriş

Impedance eşleştirme, radyo frekansının temel sütunlarından biridir (RF) ve mikrodalga devre tasarımı. Bir güçlendiricisi, bir anten besleme ağı veya filtre arayüzü tasarlayın, hedef her zaman aynıdır: Minimiz yansımaları ile kaynaktan en yüksek güç transferi.Bu, yüklenen bir seviyedeki değişiklikleri sabitlendiğinde dramatik bir şekilde daha zorlaşır - frekans, sıcaklık, önyargı gerilimi veya fiziksel çevre ile değişir.

1939 yılında Phillip H. Smith tarafından icat edilen Smith Chart, bu ağları tasarlamak için en sezgisel ve verimli grafik aracı olmaya devam ediyor.Bu makale, Smith Chart yöntemlerini kullanarak değişken yüklerin oluşturulmasına yönelik görsel işlemlere yol açıyor, temel teoriyi, pratik tasarım prosedürlerini ve genişletilmiş ağları hızla değerlendirebilir.

Smith Chart'ın Temelleri

Smith Chart'ın ayrıntılı bir anlayışı, değişken yük tasarımlarını engellemeden önce önemlidir.The chart is a mapping of the complex yansıma katsayısı ()[Dönemli lensler, sabitler ve çevreler, sürekli direnç çemberleri içerir, süreklilik çemberleri, sürekli olarak sürekli olarak, sürekli olarak eğimler ve sürekli olarak kabul edilen eğrileri içerir.

Belki Smith Chart'ın en güçlü yönü, aynı anda yetersiz ve yansıma katsayı gösterir.Her noktanın benzersiz bir dürtü ve bir yansıma katsayı büyüklüğü ve fazı vardır.Piyasanın merkezi mükemmel bir maç temsil eder (bunun tersi, normalleştirmenin aksine, 03.02.)

Değişken yük analizi için, Smith Chart, yükün yönünün koşullar değişikliği olarak çekmenize izin verir. Örneğin, bir antenin dürtüsü, işletim frekansı 2.4 GHz'den 2.5 GHz'e kadar bir yay takip edebilir.Bu görsel temsil hemen, birkaç L-network tarafından eşleştirilebilir veya daha karmaşık bir topoloji gerektirir.

Smith Chart'ta Anahtar Parametreleri

  • [FONT=0) Normalleştirilmiş Impedance[[Dönetici:0)[0)[0)[0])[değiştir | kaynağı değiştir]: Z / Z0).
  • [FONT=0)Constant Direniş Çemberleri[[Dönetici: Circles, grafik (sağ en fazla nokta = açık devre) merkezi hattı (horizontal eksen) saf direniştir.
  • [FONT=0]Constant Reakt Reakt Reaktör Arcs[DÜT:1): Direniş çevrelerini birbirine bağlayan Arcler; pozitif tepkiler (indüktif) üst yarıda negatif tepkiler (kapı) daha düşük yarıda.
  • [FONT=0]VSWR Circles[[Dönetici çevreler grafik merkezinde merkezinde merkezileştirildi; yarının akıt olduğu (VSWR – 1) / (VSWR + 1)).
  • [FONT:0]Constant Q Circles[[Dönetici: Her zaman temel grafiklerde gösterilmemek, ancak bant analizi için yararlı değildir.Q, bir noktada direnişe tepki oranıdır.

Smith Chart inşaatına ve teorisine daha derin bir şekilde atılması, [[Dönetici:0)Mikro dalgalar101: Smith Chart).

Temel bir Impedance Eşleştirme Ağı Tasarımı

Değişken yüklere uymadan önce, sabit bir yükle eşleşen standart prosedürü gözden geçirmek faydalıdır.Bir yük imkânsızdır.(0)Z)L) = 25 + j20 {{ 1 GHz'de bir kaynak için.

Step-by-Step Smith Chart Prosedür

  1. [FONT:0) Normal olarak [DÜDÜDÜT:2) [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜ] [DÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ TÜSİ - TÜSİ - TÜSİ - TÜSİ - TÜSİ - TÜSİ - TÜSİ - TÜSİ - TÜSİ - TÜSİ - TÜSİ - TÜSİ - TÜSİ - TÜRKÇÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ TÜSİ - TÜSİAD - TÜSİ
  2. [FONT:0]Plot[DÜDÜT:2)[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN
  3. [FONT:0)Choose[[[Dönetici:0) Bir eşleştirme yolu. Tipik olarak, sabit bir direniş veya sabit bir davranış alanı ile hareket etmek için bir dizi veya shunt reaktif elementi eklemelisiniz.
  4. [FONT=0]Bir ÂHÂN-SÂHÂNİN (İslâm) Âyet-i Ekrem (s.a.v.) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  5. [FONT:0)[Döneticileri tablodan çıkarır.Sekizdeki değişim, shunt element değerini verir: saat yönünde hareket ederseniz (yaratıcılık) bir kapasitördür; aksi takdirde seri element için benzer bir inductor gösterir.
  6. [FONT=0)Denormalize[DÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜŞÜŞÜNÜŞÜŞÜNÜŞ

Bu prosedür, tek bir frekansta mükemmel bir maç sağlayan iki uygulamalı bir ağ sağlar. değişken bir yük için, bir noktada mükemmel bir maç, yükleri ne zaman ayırt edici olmayabilir.

Değişken Yükler için tasarım: Meydan okuması:

Değişken yükler Smith Chart'ta bir kesinti noktası ortaya koyar. Yükler nedeniyle değişebilir:

  • [FONT=0]Frequency changes[[Dönetici: Anten engelleyicisi işletim bandında değişir.
  • [FONT:0)Environmental etkiler[[Dönem: Metal nesnelere, nem, sıcaklıklara karşı Proximity.
  • [FONT:0)Operating koşulları [Dönetici: Transistor giriş mevcut veya güç seviyesi ile ilgili değişiklikleri engelledi.
  • [FONT:0]Tuning states): Yeniden yapılandırılabilir bir sistemde, yük ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı ayrı koşullar arasında değişebilir.

Değişken yük eşleştirme ağının amacı, Smith Chart'ta yük manevrası ve boyutunu korumaktır.(Dönetici: 1), VSWR ≤ 2:1), tüm dürtüsel aralığın üzerinde, tasarımcının, pi-network, T-networks gibi daha karmaşık bir çok ayrımı gerektirdiğinden, küçük, kompakt bir locusun, hafif bant genişliği bozulma ile ele alınması gerekir.

Yük Variation

Yüklemenin farklı bir şekilde işlenmesi veya sürekli bir locusu (eğer varyasyon sürekli) veya işaretli puanlar ile karakterize edilir.) ve birden fazla noktada yükün yükün üzerine kurulup, , tüm locusun, uygun bir çalışma alanına ait bir sabit bir ayarın ötesindeki sabit bir ayarın altında yatan bir sabit noktanın içinde bulunduğuna dair basit bir kural.

Broadband Smith Charting Using the Smith Chart

Broadband eşleştirme, belirli bir bant genişliğine engel olan bir kaynağa bir yük devretmeyi amaçlamaktadır. Klasik yaklaşım, aritFLT:0) çok-bölüm reaktif transformatör) veya aurFLT:2.bandpass eşleştirme ağı).

Sürekli değişken bir yük için, ortak bir teknik teorik bir limittir, ancak pratik tasarım için Smith Chart şu anda tüm frekanslarda mükemmel bir maça ulaşamaz; maç kalitesi ve bant genişliği arasında bir ticaret-off vardır.[Dönetici).[Dörtüncü dereceler için] ve bu yüzden her iki noktaya de sezgisel bir yöntem sunar: grup kenarlarında (f).

Örnek: Değişken bir Anteni Eşleştirmek (2.4-2.5 GHz)

Taklit olan bir anten ZL(f) = (35 – j10) + (15 + j25) × (f – 2.4) / 0.1 bandı üzerinde doğrulayın.L = 35 – j10 {{.In 2,5,

Geniş bantlı eşleştirmeye kapsamlı bir kılavuz için, bkz.END:0)Broadband RF Globalnet'te Smith Charts ile Eşleşme).

Tunable Eşleştirme Ağlarını Tasarlamak

Yük varyasyonu aşırı veya gerekli maç kalitesi yüksek olduğunda, bir tunable (adaptive) eşleştirme ağı gerekli hale gelir.Seksotoksit diyotlar, MEMS anahtarları veya PIN diyotları, yükyü takip etmek için reaktif elementleri ayarlayabilir.The Smith Chart interaktif bir araç haline gelir: her yük durumu için, tasarımcı gerekli ayar değerleri belirleyebilir.

Smith Chart-Based Tuning Algorithm

  1. Mevcut yükün doğrulanması gerekir:0)Z).L) (veya frekansı veya diğer değişkene dayanan bir göz masasından tahmin edin).
  2. [Düzücük:0] [Dönetici:2] [Düzgölgeler: 1)[Dönetici: 2)[Dönemli: 3 )
  3. Bir ağ topolojiye karar verin (örneğin, bir pi-konuşunda iki tane reaktif).
  4. Her bir yük noktası için gerekli olan zipert kapasitörler )C[Dönetici: 3 ) ve |C)[D[D)[Döneticileri ve dizileri [FLT: 9) Merkeze teslim eden tabloyu kullanarak kullanın.
  5. Bu ayar değerleri bir kalibrasyon masasında. Gerçek zamanlı adaptasyon için, bir göz masa veya polinom sığ kullanın.
  6. Set aralığının tüm yük eyaletlerini kapsamasını sağlamak için değişken bileşenlerle ağı karıştırın.

Bu yaklaşım, ayarlayıcı anten melodileri ile ilgili olarak yaygındır.[Döneticileri değiştir] The Smith Chart, kontrol alanını görselleştirip ayarlanan bileşenleri doğrulamaya yardımcı olur.Mevcut melodiler hakkında ayrıntılar için, bkz.D:2Analog Cihazları: Varactor Diodes).

Gelişmiş Teknikler: Locus Shaping ve Olumsuz Hayal Eşleştirme

Son derece değişken yükler için mühendisler, ikinci bir aşamayla eşleşmeyi daha kolay bir şekilde çalıştırabilir. [Dönetici:0])[Dön-kuşaklama ağ[Dönetici] yerine, ağ tüm yükleri, yük locusu bu için dönüştürmek için tasarlanmıştır: Bir dizi veya shunt bir noktaya kadar daha kolay bir şekilde uygulanabilir.Bu, reaktif bir element kullanarak ve nasıl bir araya gelen bir dizi kapasitif değişikliği nasıl gözlemleyebileceğinizi gözlemleyebilirsiniz.

Bazı değişken yükler için başka bir teknik (örneğin, Smith Chart uygulamaları basit: eşleşen ağ negatif bir görüntü oluşturabilir (bitki veya inductor) iptal edilen yükün pozitif hayali kısmı için ilgili.Gerçek uygulamalar aktif titreşimler ve bazı RF pasif devreleri kontrol etmek için ilgilidir, ancak onun Smith Chart uygulaması basit: eşleştirme ağı negatif bir hayali engelleyiciyi (malzeme veya inductor) sunar.

Pratik Tanımlar ve Kombinasyonlar

Uygulamada eşleşen ağ mükemmel değildir. Gerçek bileşenler parasitik direnç, öz-resonance ve toleranslar vardır. Smith Chart'ı değişken yükler için kullanırken, bu önemsizlikler için dikkate almak önemlidir:

  • [FONT:0]Q faktörü[DÜT:1): İndüktörler sonlu Q; bu, özellikle yüksek frekanslarda kaybı ekliyor. seri direniş etkisini tahmin etmek için grafiği kullanın (en ideal çemberden biraz daha fazla).
  • [[Üye Olmayan hoşgörü[[[Dönetici: 1 ): Yük varyasyonu kendisi belirsiz olabilir. Tasarım marjları: eşleşen ağ, biraz daha büyük bir locus için çalışır.
  • [FONT=0)Kendi kendine ait frekansların (SRF) altında sadece etkilidir. Operasyon frekansının tüm bileşenler için SRF'nin altında iyi olduğunu doğrulayın.
  • [FONT:0]Parasitik darbe[[[Dönetici: 1): Yoğun olarak paketlenmiş PCBler, eşleşen bileşenler arasındaki elektromanyetik darbe, ilk Smith Chart tasarımından sonra etkili bir şekilde kesintiye uğratabilir.

Kombinasyon seçimine pratik bir kılavuz için, bkz.Qorvo Design Summit: Değişken Yükler için Ağ Tasarımı[Döneticileri için Eşleştirme Ağı Tasarımı] (gerçek kayıt).

Vaka Çalışması: Bir Sınıf-E Güç Amplifier Over Supply Ger

Sınıf-E yükselteçleri yüksek verimlilik için bilinir, ancak girişleri harmonik baskılar için önemli ölçüde değişir (V)DDD) V).DD) değişiklikler, harmonik baskılar için en iyi yüklenme. Smith Chart yöntemlerini kullanarak, temel bir maç ve harmonik sonlandırmayı sağlayan bir eşleştirme ağı tasarlayın.

İlk olarak, cihazı karakterize eder: düşük V[DDDD[DDD)[D)[Dörtücükler, s.4|D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=)[D=D=D=4|D=D=D=D=D=D=D=)

Yazılım Araçlarının Kullanımının Doğrulama ve Optimizasyon

Smith Chart kavramsal tasarım ve ilk bileşen seçimi için paha biçilmez olsa da, son optimizasyon genellikle değişken parametrelerle bir devre olarak artırılmış ve Smith Chart'ı kısıtlamalar (örneğin, belirli bir VSWR çemberi içinde kalmak için tüm yükleyici noktaları kullanabilir).

Hafif bir senaryo yaklaşımı için, Python'un GÜNDÜ:0) Kütüphane, Smith Chart programımatically'de yanlış veri manipüle etmenizi sağlar.Bir ağ topolojisini tanımlayabilir ve her nokta için sonucu hesaplayabilirsiniz.Bu köprüler manuel grafik çalışması ve otomatik tasarım arasındaki boşlukları hesaplar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Smith Chart, burada belirtilen teknikleri ustalaştırma, genişleyen ağların değişken yükleri için uygun olmayan bir araç olarak kalır ve yükleme varyasyonlarının anlık görselleştirmesine izin verir, en iyileme değerlerinin seçimine yardımcı olur.Demirli eşleştirme, geniş bant tasarımı, tunable ağlar, locus şekillendirme ve pratik bileşen değerlendirmeleri için - değişen koşullardaki performansı koruyan sağlam eşleştirme çözümleri oluşturabilirsiniz.

Değişken yükler modern kablosuz sistemlerde yaygındır, çevik antenlerden adaptif güç yükselteçlerine kadar. Smith Chart yöntemlerinde sağlam bir zeminle bu tasarımları güvenle öğrenebilirsiniz, grafik hem de niceliksel doğruluk sağlar. konuyla ilgili zengin literatürü keşfetmeye devam edin, örneğin Phillip Smith ve modern uygulamalar RF ve mikrodalga ders kitapları ile.