Smith Chart, uzun yıllar boyunca RF (radyo frekansı) mühendisliğinin temel taşı olan bir grafiksel araçtır, karmaşık dürtü, yansıma katları ve iletim hatları fenomenleri için sezgisel bir yöntem sağlar.Kaynaklar mikrodalga devre tasarımında derinden kökler genişletilirken, bu makale Smith Chart'in temelleri üzerinde genişliyor ve dışsal alanlarda pratik bir şekilde çalışır.

Smith Chart'ı Anlamak

Smith Chart, 1939 yılında, iletim hattı denklemlerini çözmek için grafik hesaplayıcısı olarak Phillip H. Smith tarafından icat edildi.De superimposes sürekli direnç ve sürekli tepki verme çemberleri yansıma katsanın kutup arsasının tüm olumlu gerçek yarısına bir birim çembere haritalar, frekans, çizgi veya bileşen değerlerinin işlevi olarak görselleştirmeyi kolaylaştırdı.

Onun özünde, Smith Chart karmaşık yansıma katsayı temsil eder (gamma), bu bir olayın ne kadarının bir yükten yanıldığını ölçmektedir. Bu çift temsili, 0 (mükemmel maç) ile 1 (open veya kısa devre), ve onun açı, Smith Chart üzerindeki her noktayı eşsiz bir normal bir dürtüye karşılık verir (z = Z/Z0) ve ilişkili yansıma katsayı.

Smith Chart'ın Anahtarları

  • [FONT=0) Normalleştirilmiş bir şekilde ele alındı:[Dönetici:[Dönetici:0) Tüm dürtü değerleri, karakteristik dürtü (tipik olarak 50 ULL veya 75 ULL) ile haritayı evrensel hale getirmek için bölünmüştür. Normalleştirilmiş engellenme = r + jx, r direnç ve x tepkidir.
  • [FONT=0]Constant direniş çevreleri: [Dönder: 1] Her çember yatay eksen boyunca merkezileştirilmiştir ve 1,0). Çemberin yarıçap 1/(1+r). R = 0,0; r = ⁇ tek bir noktadır (1,0).
  • [FONT:0)Constant tepki çevreleri tepki verir:[Dönetici:[Dönetici:0) Bu yaylar, haritanın sağ tarafında bulunan çevrelerin parçasıdır. Olumlu tepki (indüktif) yatay eksen üzerinde görünür; negatif tepki (kapı) aşağıda görünür.
  • [FONT=0)Merkez noktası: [Dönetici: 0,0) Bu mükemmel bir maç temsil eder - yük devretme, sıfır yansımaya yol açan karakteristik bir şekilde eşitlenir ( ⁇ = 0).
  • [FONT:0)Outer çemberi:[Dönetici:[Dönetici: 1), açık bir devreden toplam yansımayı temsil eden, kısa devre veya tamamen reaktif yük.

Smith Chart'ı okumak

Grafikte bir nokta okumak için, bir direnç çemberinin kesişme noktasını ve tepkisel bir yayın. Örneğin, normalleştirilmiş 0,5 + j1.0 noktası, işaret çemberi ve x=1.0 yay. merkezden gelen mesafeyi bir bükücüksel ölçek için bulur | ⁇ | ve doğrudan yatay eksenden ölçülen açı da yansımanın aşaması açısına sahiptir.

Smith Chart Step-by-Step kullanarak

Smith Chart'ı disiplin projesinde uygulamak, ölçülmüş veya hesaplanmış bir tasarım kararlarına dönüştürülen sistematik bir süreç içerir. Aşağıda RF, akustik veya mekanik yönlendirme analogları için çalışan bir adım kılavuzdur.

Adım 1: Impedance the Impedance

Sistemin karakteristik imkansızlığı (gerçek ve hayali parçalar) sistem tarafından gerçek bir şekilde ele alın. 50 GU'nın bir iletim hattı ile çalışırsa, 100 + j50 TEL'in yükü z = 2 + j1. akustik sistemlerde, karakteristik dürtü, ortanın yoğunluğu ve hızı ( ⁇ c) Mekanik sistemler için, karakteristik engelleyicilik ve kütle ile ilgili olabilir (örneğin, N·s /m).

2. Adım: Planın

Standart Smith Chart (impedance version), gerçek kısıma (r) gelen sürekli direniş çemberini bulmak ve hayal kırıklığı için sürekli tepki yayını (x) takip etmek için onu takip edin. Mark the point with a pen or digital cursor.

3. Adım: Pozisyonu Analyze

  • [FONT:0]Purely direnici:[Dönetici:[Dönetici: 1) Bu noktada, yatay eksende yatıyor.If r > 1, yük çok yüksek; eğer r < 1, çok düşükse.
  • [0]Inductive (pozitif x):[Dönetici: 1) Bu nokta, grafikin üst yarısıdır.
  • [FONT:0)Kaç (negative x): Bu nokta daha düşük yarıdadır.
  • [FONT=0] Merkeze:[Dönetici:[Dönetici:)) İyi maç; düşük yanlı güç.
  • [0]İsveçler, kenarda: [Dönderler: [Dönderler:)

Adım 4: Impedance Matching

Grafik kullanarak, yük noktasından merkeze (mükemmel maç) sabit direniş çevreleri ( seri bileşenler için) veya sabit iletim çevreleri (örneğin, shunt bileşenleri için) ile hareket ederek bir ağ tasarlayabilirsiniz.

  • [[D:0) Tek bir stil eşleştirme:[Dönetici:[Dönder:) Uygun uzunluk ve pozisyona tepki vermek ve direnişi dönüştürmek için bir iletim hattı ekleyin.
  • [FONT:0]L-network (LC):[D: Bir dizi kapasitör / bir yetersiz inductor/kapor tarafından takip edilen bir dizi projeksiyon cihazı ekleyen bir grafik, sabit direnç veya sabit davranış çevreleri boyunca hareket ederek bileşen değerlerini seçmeye yardımcı olur.
  • [FONT=0)Quarter- dalga dönüştürücü: [Dönetici] [Döneticileri, Z[Döneticileri ile çeyrek dalga hattını kullanabilirsiniz).[D[D][/FONT][/FONT][/FONT][/FONT][/FONT][/FONT][/FONT][/FONT=)

Adım 5: Frekansla iterate

Impedance frekansına değişir. Birden çok frekansta, noktanın grafikte nasıl hareket ettiğini görmek için yalvarır. Bu “impedance locus” bant genişliği ve rezonans davranışı ortaya çıkarır. Disiplin içi projelerde (örneğin, bir pastazo-actuator çift bir mekanik yapıya kadar), bu frekans sistemi yanıtını tahmin etmek için önemlidir.

Smith Chart'ın Cross-Disciplinary Applications of the Smith Chart

Smith Chart RF devreleri ile sınırlı değildir. Altta yatan matematik aynaları, herhangi bir ortamda dalgaların davranışı tanımlandığında. akustiks, optik, güç sistemleri ve mekanik titreşim analizi uygun yönlendirme tanımlarıyla grafike adapte olabilir.

Akustik ve Audio Engineering

Akustik olarak, dürtüsel hıza ses basıncının oranıdır. Bir konuşmacı sürücü ve bir boynuz arasında eşleme veya bir mikrofon arasında bir mikrofon ve insan kulağı kanalının kanal verimliliğini belirlemek için arsayabilir. Smith Chart, akustik yük değişikliklerini frekans ve yardımcı tasarım rezonansları, sessizlikçiler veya kulak geometrileri. Örneğin, Helmholtz resonatoru kullanarak en iyi boyun ve boşluk boyutları bulmak için arsayabilir.

Mekanik Titreşim ve Yapısal Dinamik

Mekanik dürtü (güç/velocity), bir enerji kaynağının (örneğin, bir vibrating yapısını kullanarak) bir yük (örneğin, enerji transferi veya titreşim iletiminin dinamiklerini) kullanarak, özellikle de verimli enerji kaynaklarına uygun şekilde uyum sağlar.

Optik ve Fotonikler

Optiklerde, Smith Chart ince film müdahalesi ve dalga kılavuzu eşleştirme için kullanılabilir. Bir optik ortanın karakteristik imkansızlığı, belirli bir yansıma ile kaplamaların sezgisel tasarımına olanak sağlar. Çok katmanlı bir dielektrik yığını (bir anti-refleksiyon kaplama gibi) bir iletim hattı kullanılarak analiz edilebilir.

Güç Sistemleri ve Elektrik Dağıtımı

Güç sistemleri genellikle düşük frekanslarda (50/60 Hz), iletim hattı etkileri uzun kablolar, denizaltı kabloları veya yüksek frekanslı harmonikler için dönüştürücüler için önemlidir. Smith Chart, mühendislere yüksek frekanslı geçiş ile bağlantı kurmalarına yardımcı olabilir.

Biyomedikal Mühendisliği

Biyoimpedance spektroskopi, doku karakterizasyonu ve vücut kompozisyon analizi için kullanılan, elektrot temasını en aza indirme ve stray kapasitanslarını tespit etmek için karmaşık dürtüleri ölçebilir. Smith Chart, bu imkansızlığı tespit etmek için bu imkansız değerleri, giyilebilir sağlık monitörleri veya vücut kompozisyon analizi için kullanılabilir.

Cross-Disciplinary Projects'deki Smith Chart'ı kullanmanın Faydaları

  • [FONT:0)Intuitive visualization:[Dönetici:[Dönetici:0)Performasyon, uzaysal ilişkilere soyut karmaşık sayılar döndürür ve doğrusal olmayan bir çizgi uzunluğu eklemenin etkisini anlamak daha kolay hale getirir.
  • [FONT:0)Rapid tasarımı iterations:[Dönder:) denklemleri defalarca çözme yerine, mühendisler bir uyum çözümünde hızla bir araya gelmeleri için haritada trajektörleri takip edebilir.
  • [FONT:0]Common görselizasyon aracı: [Dönetici: RF, mekanik ve akustik arka planlardan oluşan Teams aynı grafiği (özellikle normalleştirme ile) aynı grafikle (sistem etkileşimleri tartışmak, çapraz işlev anlayışı teşvik etmek için paylaşabilirsiniz.
  • [FONT:0]Redüktör-ve-terör: , zorlaşma dönüşümünü öngörerek Smith Chart, bir maç, tasarruf süresi ve maliyeti elde etmek için gerekli olan prototip sayısını en aza indirir.
  • [FONT:0)Band genişlik analizi:[Dönder:[Dönder:) Frekans üzerindeki çekim sistemin Q-fak ve bant tasarımları için kritik gösterir.

Sınırlar ve Tahminler

Güçlü olsa da, Smith Chart sınırlamaları vardır. Doğrulanmış kayıplar için sadece transfer hatları ve zaman değişken sistemler için geçerlidir. Darband veya orta bant genişliği tasarımları için en kullanışlıdır; geniş bantlar tıkanmalarını sağlar. - örneğin, mekanik bir yükleme hatları genellikle bir yükleyici eşdeğerliği olmayan (örneğin, daha gelişmiş versiyonlar) bir şekilde mevcuttu.

Cross-Disciplinary Mühendisleri için Pratik İpuçları

  • [FONT:0) Dijital Smith Chart aracı kullanın: Anahtarsal ADS, MATLAB'in RF Toolbox veya ücretsiz online hesaplayıcıları, manuel çizim olmadan el ele geçirmenize ve kartjektörlere izin verir. Bu özellikle birden fazla frekansla uğraşırken yardımcı olur.
  • [FONT:0) Sürekli olarak normalleşir:[Dönetici:[Dönetici:0) Alanınız için karakteristik bir dürtüye karar verir (örneğin, RF için 50 ULLAH, 1 N·s /m for Mechanical as a reference) ve buna bağlı olarak bağlanır. Normalleştirme birimi bağımlılıktır.
  • [FONT:0) Kabul grafiğini kullanarak elde etmek daha kolaydır:[Dönetici:0) Smith Chart aynı zamanda bir itiraf versiyonunda (konstant yönlendirme ve susceptance eğrileri) gelir. Birçok eşleştirme problemi, özellikle de karunt bileşenleriyle uğraşırken, özellikle de kabul edilebilir ölçekler ile ilgili olarak.
  • [FONT:0]Sürekli ölçümler ile güncel:[Dönetici: 0 ) RF'de bir vektör ağı analiz cihazı veya akustik / mekanik alanlarda bir analiz cihazı kullanın, gerçek imkansızlığı ölçmek ve Smith Chart tahminlerini karşılaştırmak için. Gerçek dünya parasitics arsayı önemli ölçüde değiştirebilir.
  • [FONT=0) Ön disiplin raporlarına göre, sistemin frekansın nasıl işlediğini iletişim kurmak için arsalanmış Smith Chart süpürülüyor.

Common Hatalar Kaçmak için

  • [FONT:0) Normalleştirmek için:[Dönetici:[Dönetici:0) Z0'ın bölünmesi olmadan ham engellenme, grafik veya yanlış pozisyonlar dışında yer alacaktır.
  • [FONT:0)Komşeksiz ve kabul edilen grafikler:[Dönetici: 0:1) Yasaklanmış grafik direniş ve tepki çevreleri kullanır; kabul edilen grafik kullanımları ve algılayıcı çevreleri kullanır.
  • [FONT:0]Demokrat frekans bağımlılığı: Tek noktalı bir maç işletim bant kenarlarında tutmayabilir.Her zaman grup kenarlarında engelleyici kontrol edin.
  • [FONT:0] Aktif veya doğrusal olmayan cihazlar için grafiği ortadan kaldır:[Dönetici:[Dönersiz) The Smith Chart, lineer, pasif yükler. Aktif dürtülerle yükselticiler için, grafik hala küçük imzalı analiz için faydalı olabilir, ancak büyük imzalı eşleştirme için değil.
  • [FONT:0) Görünüşe göre parasitik etkiler:[Dönder: · 1 ) Gerçek devrelerde, bileşen yol açar, PCB izleri ve maddi kayıplar, hata noktasını değiştirmeden önce parasitik tepkiler ekler.

Vaka Çalışması: Bir Piezoelektrik Mikrofon için Akustik Impedance Matching

Bir disiplin ekibi, implantatif işitme yardımları için bir pastazoelektrik MEMS mikrofonu tasarlarken, 0,5 [Düzücük, sertlik, baraj) bir akustik basınç transferine karşı tepki göstermelidir.Bir Smith Chart (kanıtlı) özelliğiyle, kamerayı 100 Hz.000'den fazla yükselten sabit bir şekilde sabitleyen makineyi düzelterek sabit bir şekilde genişletmelidir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Smith Chart, RF mühendisliğinin tarihsel bir sanat eserinden çok daha fazlasıdır. Grafiksel yaklaşımını uyumlulaştırmak ve dalga yansımaları evrenseldir, dalga yayılımı ve yetersizliklerin tanımlandığı herhangi bir fiziksel sisteme uygulanır. Smith Chart'ı kullanarak, disiplin mühendisleri, akustik, mekanikler, optik, optik, güç ve biyomedikal alanlarının herhangi bir şekilde tanımlanması için güçlü bir araç kazanır.

Ayrıca okuma ve Kaynaklar

  • [FONT=0)Wikipedia: Smith Chart[Dönetici: 1) Tarihi ve matematiğin kapsamlı bir genel bakışı.
  • [FONT=0)Mikrodalgalar101: Smith Chart mph – RF mühendisler için örneklerle pratik kılavuz.
  • [FONT:0)RF Cafe: Smith Chart[Dönetici] ile eşleme: Adım-by-tap eşleştirme teknikleri.
  • [FONT=0) Smith Chart'ın Akustik Impedance Matching[[Dönetici: 1) Uygulamalı kullanım (paylaşılmış, ancak soyut kullanışlı).
  • [FONT:0)Analog Cihazları: Smith Chart[Döntgen: 1) kullanarak - gerçek dünya tasarım örnekleri ile başvuru notu.