Giriş: Smith Chart, Enduring Analytical Tool

Mikrodalga mühendisliğindeki birkaç araç, Smith Chart gibi on yıllarca teknolojik evrim boyunca önemini korudu. 1939 yılında Philip H. Smith tarafından yapılan, bu grafik nomogram, birkaç megahertz ile çalışan herhangi bir temel haline geldi (RF) birkaç megahertz., mühendislerin hızla devre performansı, stabilite ve eşleme ihtiyaçları hakkında vazgeçilmez olmaya rağmen.

Derinlik içinde S-Parametreleri Anlayın

Scattering parametreleri, genellikle S-parametreleri olarak bilinen ve seyahat dalgaları açısından doğal olarak vektör ağı kullanan fiziksel ölçümler ile doğrusal olmayan (Z) veya kabul edilen (Y) parametreleri, S-parametreler, bir ağ davranışını tanımlamak ve seyahat dalgalarına yansıyanlar.Bu dalga bazlı yaklaşımla vektör ağı kullanarak doğal olarak doğrulayıcı ağları analiz etmek için kullanılan fiziksel ölçümler ile uyumludur.

S-parametreler karmaşık sayılardır, genellikle büyüklüğü ve faz açıları olarak ifade edilir ve bir matrixe düzenlenir. İki kanal cihazı için (en yaygın durumda), S-matrix şu:

[0] [S] = [S11, S12] [S21, S22] ).

Her parametre belirli bir fiziksel anlamı vardır: [[Dönetici:0)S11[Dönetici:0) Port 1'de Port 2'nin sonlandığı durumlarda, tam tersi (kullanıcı) 50 ohms; [[Dönetici:2|S21[SFLT:3) ve DÖRTÜŞÜNCÜŞÜNCÜŞÜNÜŞÜNÜye ait olan bu efekt, yüksek çözünürlükte bulunan ve genellikle doğrulanmış olan yüksek çözünürlükte bulunan bir görüntü oluşturabilir.

S-parametrelerin temel özellikleri pasif, lineer ve zaman değişkenli ağlar için yeniden merkezi içerir ([Dönemli ağlar) ve birimsiz ağlar için (kesinlikle 50 ohms) için aktif cihazlar için (örneğin, S-parametreler küçük imzalı koşullar altında ölçülür ve frekanslara, önyargı noktasına bağlıdır.

Smith Chart: İnşaat ve Anahtar Kavramlar

Smith Chart, eğrilerin rastgele bir seti değildir; karmaşık yansıma kattan gelen uygun bir haritanın grafiksel sonucu (Gamma) normalleştirilmiş emsal düzleme verilir.

[0]Z n = (1 + Gamma) / (1 - Gamma)).

[FONT=0]Z n[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞ

Sürekli Direniş ve Reaksiyon Çemberleri

Bu haritada, iki ortogonal eğrinin iki ailesi var: sürekli direniş çemberleri ve sürekli tepkileri, her noktada, grafikte belirli bir normalleştirilmiş bir engeli temsil eder ve tablonun yatay çapı 1 + j0 (yani, solun en sonuncu sıfır ohms (kıtlı devre) ve en sağ taraf sonsuz ohms (açık devre) ile karşılık gelir.

Yatay çizginin üstünde pozitif tepki değerleri (indüktif) ve aşağıdakiler negatif tepki değerleridir (kapılayıcı). Mühendisler S11 gibi, doğrudan ölçeklerini ve faz açısını bir noktaya dönüştürerek, frekans değişiklikleri olarak, bir dizi puanın grafikte bir yörüngeden nasıl düştüğünü ortaya çıkarabilirler.Bu görsel geri bildirim, SAHFLT:0farklı olarak)

Smith Chart'a S-Parameters Bağlamak

S-parametre ve Smith Chart arasındaki doğrudan ilişki ortaya çıkıyor çünkü S11 ve S22, tanımı, yansıma katları.Bu, VNA veri yorumlarını zorunlu kılar. (1 + S11) / (1 - S11), S11'i kutup grafiğinde arsadığı açıktır (Magnitude and Angle) doğrudan Smith Chart'ta doğru arsamaktadır.

Frekans Sweep Trajektörleri

Bir ağ analizörü frekans süpürücü performans gösterirken, S11 veya S22 tipik olarak, Smith Chart'ta bir eğri olarak görünür.Tek bir rezonans devresi için, bu yörüngede genellikle parasitik etkisi veya yanlış bir şekilde geçen bir ark olabilir.Örneğin, sabit olmayan çevreler boyunca sürekli bir rotasyonda bir spiraldir.

S-Parameter Data Stability from S-Parameter Data

Smith Chart analizinin güçlü bir uygulaması, yükseltici stabiliteyi değerlendirmektedir. Cihazın osilatörlü parametrelerini kullanarak, mühendislerden oluşan ağ tasarımını ) belirli bir eşleme ağı tasarımını kullanarak belirli bir sabitleme faktöründen kaçınır.Bu daireler, cihazın osilatöre yol açar (eğer cihazın potansiyel olarak dengesiz olduğunu kontrol eder).

Smith Chart'ı S-Parameters ile kullanarak eşleştirme

S-parametrelerin birincil pratik kullanımı, aşamalar arasındaki maksimum güç transferini sağlamak, istenen kazanç veya gürültü rakamını elde etmek için gerekenleri eşleştirmektir. Smith Chart bu süreci kolaylaştırıyor.Bir ölçümleme S11 (kullanıcının girişleri) için gerekli olan dönüşümü belirleyebiliyor, bu işlemi (50 ohms)

Lumped-Element Matching

En basit örnek bir L-network, sabit bir davranış alanı (shunt elementi) ve bir tane sceptance üzerinde hareket eden bir sabit hareketle hareket eden ve sabit bir boyutlandırma işlemine karşılık gelen tüm eşleştirme işlemi iki veya alt-pasagonal yaylara karşılık gelir: sabit bir direnç çemberi (örneğin, sabit bir yükleyici değerleri doğrudan doğrulayıcı veya sabit olmayan bir şekilde sabit bir şekilde okunur.

Single and Double Stub Tuning

Dalga kılavuzu veya iletim hattı devreleri, stub melodileri genellikle kullanılır. Smith Chart, stil ve pozisyonların seçimini basitleştirir.Influguide or Transmission line circuits, stub melodileri genellikle bir kartpostal eklemeden sonra bir hata noktası bulabilir.Bual süreçler sadece akademik ağlara kadar devam eder.

Band Wide Mindations

Mükemmel bir eşleştirme ağı sadece tek bir frekansta mükemmeldir. Smith Chart, bir maçın frekansı, S11 yörüngesinin frekanslarından sapma olarak algılanır ve böylece mühendisler, en az Q ile eşleştirir, daral bant genişliğine yakın kritik bir tasarım seçimi yapar. Conversely, aANGFLT:0low-Q maç yayılabilir, otomatik olarak yayılır.The Smith Chart böylece mühendisler minimum yansıma ve bant genişliğine sahip olan ağlarını serbest bırakırlar.

Smith Chart üzerinde Gelişmiş S-Parameter Analiz Teknikleri

Taklit edilen uyum ötesinde, Smith Chart, kazan, gürültü ve güç içeren sofistike tasarım teknikleri için kullanılır.

Takımları Kazandı

Bir transistör yükselteç için, mevcut kazanç veya işletme kazancı, girdi ve çıktıktan sonra istenen kazanç sağlar.S-parametreleri ve cihazın maksimum kazanç elde ettiği (MAG) grafikten görsel overlay, birden fazla adaydan gelen bir kaynak kıyaslamalarını seçebilir.Bu özellikle de olumsuz bölgelerden kaçınırken istenen kazanç sağlar.

Gürültü Şekil Çemberleri

Düşük gürültü yükselteçleri (LNAs) en yüksek gürültü elde etmek için kesin bir kaynak gerektirir. Smith Chart, felaket kazanmaksızın kabul edilebilir gürültüyü bulabilmek için bir uzlaşmayı mümkün kılar.The Smith Chart provides a correct trade-space more noise figure.

Zaman-Domain ve Karma-Mode Extensions

Modern tasarım ortamlarında, S-parametreleri uzak bir süre boyunca yansımaya dönüştürülebilir. Bu anlayış yerelleştirilmiş bir bileşen veya bir iletim hattı etkisi nedeniyle karar verir. Ek olarak, Smith Chart için etkileri derindir: bir frekans alanı, grafikte bir spiral gösteren süpürücük, bir süre boyunca etkilenebilir ve ayrımı analiz eder - tüm bunlar, Smith Charts üzerinde uzmanlaşmış bir şekilde grafik veya standartlaştırılmış bir şekilde yapılır.

Smith Chart için Pratik Adımlar S-Parametrelerin Analizi

Smith Chart'ı S-parameter analiz iş akışınıza etkin bir şekilde dahil etmek, bu genişletilmiş adımları takip edin:

  • [[Dönetici:0)Adım: S-Parametreleri Yanma Covers'e dönüştürür.[*] İki kanal cihazı için, S11 ve S22. Boyut (kıt ölçek, dB) ve açınız (örneğin, dB) varsa, dB'ye geri dönüş dB'ye geri dönüş:2Gamma Mag = 10 ^(S11 dB / 20)).
  • [[Dönetici:0)Adım 2: Veri Noktaları [Döneticileri veya bir yazılım aracı kullanarak [kullanıcı ADS, MATLAB veya açık kaynak Python kütüphaneleri scikit-rf gibi), her frekansın değerini merkezden alan olarak bulur (sağdan uzak).
  • [FONT:0)Adım 3: Relyze the Trajectory.[DÜDÜT:1] Sürekli frekansınız, eğrinin şekli ve yönünü not edin.Bu gözlemler (endüktör veya kayıp elementleri gösteren)? gerçek eksenleri resonant frekansına geçiyor mu?
  • [[Dönetici:0)Adım 4: Ağ Topolojisini Belirleyin.[DÜDÜT:1] Sabit direniş veya davranış çevreleri boyunca yayın.
  • [FONT=0)Adım 5: Denormalize ve Implement[Dönetici:0) Çok az (genellikle 50 ohms) seri elemanları için veya shunt elementleri için bölmek veya bölmek için uygun olmayan değerler:)[D)|=X / (2 * p)[D)[D)[D)[D)[Düzücükler için [[Düzücükler için)[*)[*)
  • [FONT=0)Adım: 6.Adım: VNA veya Simulator ile geçerlidir.[DÜT:1] Eşleşme ağı inşa ettikten sonra, yeni S-parametreleri ölçmek. gelişmiş S11, grafik merkezine yakın olmalıdır.Eğer değilse, ilk analizde hesaplanmamış olan yolu incele.

Ortak Pitfalls ve How to Overcome Them

Deneyimli mühendisler bile Smith Chart verilerini yanlış yorumlayabilirler. Bazı sık hatalar şunları içerir:

  • [FONT:0)Farklı referanslar ile karıştırılanlar (örneğin, kablo TV için 75 ohms) her zaman S-parametrelerin, arsadan önce 50 ohms'a normalleştiğini onaylar.Farklı referanslar ile Bileşenleri (örneğin, 75 ohms for kablo TV) yanlış bir şekilde genişletilmeyecek.
  • [FONT:0) fazı belirsizliği görmezden gelir.[Dönder: 1) Smith Chart, uzun hatlarla veya birden fazla yansıma ile uğraşırken, aynı dürtü noktası, bu belirsizliği çözmek için grafikte farklı ölçekler kullanabilir.
  • [FONT:0)Misreading tepkisi yayları.[DÜT:1] Smith Charts tam tepki olmadan basılmış, özellikle kenarlara yakın, kenarlara ve açı ölçeklerini kullanarak interpolasyona yol açabilir.
  • [FONT:0]Bilmeden yazılımlara genel olarak dikkat edin.[[Dönetici:0) Simülasyon araçları otomatik olarak eşleşen ağlar üretebilirken, bazen fiziksel veya pratik olmayan çözümler üretebilirler (örneğin, gerçekçi olmayan bileşenler değerleri veya parasitik darbeleme).
  • [FONT=0] Parasitics üzerindeki frekansın etkisini göz ardı etmek.[[DÜT:1] Bir kapasitörün öz-resonucu frekansı veya bir inductor'un Q faktörü, daha yüksek frekanslarda imkansızlığı değiştirir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Smith Chart, S-parametrelerle çalışan mühendisler için hayati, entelektüel olarak zarif bir araç olarak kalır. Smith Chart tarafından sunulan fiziksel anlayış, gerçek dünya bileşeni için uygun bir şekilde karşılık verir - optimizasyona devam eder ve gürültü rakam mühendisliği.En iyi RF mühendisleri 5G için milimetreye kadar frekansları terk etmez; onlar sadece daha hızlı bir şekilde grafikte sunulan bir şekilde yazılım kullanır, ancak burada gerçek bir grafikle sunulan yüksek çözünürlükte bir şekilde ifade eder.