Giới thiệu về các phương pháp vẽ biểu đồ Smith cho các mặt phẳng chọn tần số

Biểu đồ Smith vẫn là một trong những công cụ đồ họa bền vững nhất trong kỹ thuật vi sóng, cung cấp một phương pháp trực tiếp để hình dung hóa tính chất phức tạp và hệ số phản chiếu. Khi áp dụng cho bề mặt chọn thay đổi tần số (FSS), Biểu đồ Smith biến đổi dữ liệu trừu tượng để hiểu biết về hành vi có thể hoạt động được về tính cách cộng hưởng, băng thông và khớp. Không giống như cách tiếp cận hoàn toàn số, biểu đồ Smith cho phép các kỹ sư kiểm tra cơ bản, xem các thiết kế cơ bản và các kỹ thuật thực tiễn. Bài này cung cấp một hướng dẫn toàn diện tích toàn diện tích của Smith để phân tích, theo bước sóng, các thủ tục và các thủ tục tiến bộ, và các thủ tục thực tiễn.

Những cơ bản của mặt phẳng chọn lựa tần số

Các tính chất chuyển đổi tần số ngang hàng là các mặt phẳng định kỳ hai chiều, các lớp kim loại hoặc điện tử điện tử tương tác với sóng điện từ. Các tính chất phản xạ tần số của chúng làm cho chúng cần thiết trong ứng dụng như ăng-ten, các mặt cắt, các lớp phản xạ, bảo vệ điện từ, và bộ lọc không gian. Các yếu tố FSS có thể là kiểu bản vá (các bản vá phản xạ phản xạ) hoặc kiểu sóng âm (nhiều thứ được truyền tải ở sự cộng hưởng). Thiết kế của FSS là sự điều khiển bởi yếu tố hình học, định kỳ, định kỳ, tính chất phụ thuộc và phân cực.

Mô hình mạch điện tử Equin Valentine của FSS

Đối với nhiều cấu trúc FSS, bề mặt có thể được mô hình như một mô hình để tránh các yếu tố trên đường truyền. Ở tần số nơi mà kích thước điện tử của tế bào đơn vị là nhỏ so với bước sóng, biểu đồ FSS có thể hoạt động như một phần tử có khối: một chuỗi đường mạch LC cho các phần tử kiểu vá (có thể tạo ra một phản ứng dừng lại) và một mạch song song cho các yếu tố đáp ứng mở rộng (so sánh với các bước sóng âm). Biểu đồ Smith cung cấp một nền tảng tự nhiên để đại diện cho các mạch tương tự như các mạch tương tự, như sự phức tạp của FSS có thể được vẽ trực tiếp và so sánh với các đường cong lý tưởng LT.

Các loại phản ứng FSS

  • Bandpass FSS: phát tín hiệu trong một dải tần số cụ thể; yếu tố mở rộng thường được dùng.
  • Band stop FSS:) phản ánh tín hiệu trong băng thông; các yếu tố vá tiêu biểu.
  • Multi-band FSS:) sử dụng nhiều yếu tố cộng hưởng từ để đạt được nhiều băng thông hay băng thông.
  • Thiết kế khác với TE và TM phân cực.

Biểu đồ Smith là một công cụ phân tích

Biểu đồ Smith vẽ các hệ số phản chiếu = (Z Z Z0)/(Z + Z0) trên một máy bay phức tạp được ràng buộc bởi BAR 1. Nó hiển thị bình thường hoá tính năng vô căn cứ và sự thừa nhận, làm cho nó vô giá cho phân tích FSS. Khi một FSS được chiếu sáng, tính vô hiệu được thấy ở trên bề mặt khác nhau tần số. Bằng cách vẽ tính năng này trên biểu đồ Smith, các kỹ sư có thể:

  • Xác định tần số cộng hưởng khi sự kết hợp hoàn toàn là thật (Grain có độ lớn tối thiểu).
  • Xác định băng tần số từ tần số vội vàng nằm dưới ngưỡng (v. d., 10 dB).
  • Thiết kế các mạng tương thích với nhau sử dụng các lớp đường truyền hoặc các lớp điện cực.
  • Phát hiện các cộng hưởng ký sinh và các hiệu ứng nối từ các yếu tố tương tác.

Bản đồ Smith được gắn kết FSS

Bề mặt nghiêng Z [FLT: 0]FS [FLT: 1] [FLT:] [FLT] [FLT:] [FLT] [FLT] [FLT:]] Bộ trình mô phỏng sóng toàn bộ [FLT] [FLT:] [FT] [FLT] [FLT]], H [FLS, CLS], hoặc từ đo lường [FLT] [FL] + 0], nơi mà không gian [FLT] [FT] có tính chất lượng không gian [FT] [FT] [FT] [FT] [FT], bản đồ thị trung bình [7] cho phép] và phương pháp tìm kiếm độ cong [FT].

Phân tích biểu đồ Smith bậc hai cho FSS

1.

Thu thập hệ số phản ánh phức tạp S11 (hay tương đương khả năng tương đương) trên phạm vi tần số quan tâm. Để mô phỏng hệ thống FSS, hãy sử dụng một trạng thái tế bào đơn vị với cổng Floquet để lấy ra các máy tính của máy tính xách tay. Để đo đạc, hãy dùng bộ phân tích mạng với ăng-ten và thời gian để tách phản ứng FSS.

2. Chuẩn hoá và vẽ

Bình thường hoá sự không quan trọng đối với tham chiếu (thường là 337 chỗ trống). Việc vẽ mỗi điểm tần số trên biểu đồ Smith. Phần lớn công cụ mô phỏng hiện đại hoặc thư viện Python (v. d., scikit-rf) có thể tự động tạo ra đồ thị cho Smith.

3. Nhận diện những người hợp tác

Một kiểu cộng hưởng xảy ra khi quỹ đạo bị nút đi qua trục thật (m(Z). Đối với một nhóm dừng FSS (kiểu trục) thì sự cộng hưởng tương ứng với một điểm khả nghi cao gần điểm mạch mở (bên phải của biểu đồ). Đối với một nhóm băng thông FSS (kiểu mở), sự cộng hưởng xuất xuất xuất hiện là một điểm gần điểm mạch máu ngắn (bên trái). Tần số nằm trên trục thật là tần số ngược lại.

4 Phân tích băng thông

Băng thông có thể được đánh giá từ locus độ lớn của hệ số phản ánh. Đối với một mất định sẵn (v. d., 10 dB), vẽ một vòng tròn liên tục của bán kính tương ứng với độ lớn (v. d., , g=0.316 cho BAR ). Tần số cho ry vào và thoát ra vòng tròn này định nghĩa băng thông hành động.

5. Đánh giá mối tương tự

Nếu tính năng FSS không chính xác là Z0, một mạng khớp sẽ được yêu cầu. Biểu đồ Smith cho phép tổng hợp đồ họa của các thanh khớp: di chuyển theo vòng kháng hay vòng lặp không thay đổi thường xuyên để đạt điểm tương ứng (phần giữa của biểu đồ). Tính năng này đặc biệt hữu ích cho các ứng dụng Radome nơi cần sự phản ánh thấp hơn một ban nhạc rộng.

Phương pháp biểu đồ Smith nâng cao cho FSS

Bộ đối thoại và các bản phân phối đa hệ thống

Nhiều thiết kế FSS (v. d., vòng đồng tâm, thập tự giá) hiển thị nhiều cộng hưởng. Trên biểu đồ Smith, những vòng lặp hay hình xoắn ốc. Phân tích sự phân chia giữa các vòng lặp giúp xác định sự cộng hưởng có được kết hợp hay không. Biểu đồ Smith cũng có thể cho thấy các thùy xoắn ốc nếu chu kỳ vượt quá một nửa sóng (tramseplyable) — những biến thể nhanh hoặc biến thiên động cắt bỏ.

Kết hợp thiết bị cuối

Đối với FSS nhúng vào các lớp điện điện, sự thiếu hụt được thấy bởi sóng có thể được chuyển đổi nhanh chóng bằng các biến đổi hàng quý sóng hay các lớp trung gian. Trên biểu đồ Smith, một bộ chuyển đổi 1/4 sóng xung quanh vòng tròn VSWR. Các kỹ sư có thể nhanh chóng xác định sự vô hiệu của các lớp trung gian để mang sự kết hợp FSS vào trung tâm của biểu đồ.

Phân tích phân tích phân cực

Nhiều FSS là một sự tương đồng. Bằng cách vẽ biểu đồ Smith cho cả TE và TM phân cực, trong các quỹ đạo bị cáo trở nên rõ ràng. Điều này rất quan trọng cho hệ thống kép tương phản với hệ thống truyền hình vệ tinh. Biểu đồ Smith giúp thiết kế FSS duy trì hiệu suất nhất định cho cả hai vùng phân cực.

Ví dụ thực tiễn: Vượt qua đoạn phân tích FSS

Hãy xem xét một hình chữ thập FSS dày 0, được thiết kế cho một băng thông tại 5 GHz. Tế bào đơn vị là 12 mm vuông, với các động tác trục 8 mm dài và 1 mm rộng trên một FRJS4 dày 0, dày 0, được thiết kế để đáp ứng một chương trình con (FLT: 0) bộ phận [FLT: 0] [FT: 1] = 4. 4, 4, 4 mm, rámba = 0.02). Một mô phỏng sóng tiềm ẩn đầy đủ từ 4 đến 6 Hz sẽ cung cấp dữ liệu đã có. Vẽ trên biểu đồ Smith hiển thị một trục thật tại 5. 1 trục bình thường, có thể được chuyển đổi theo chiều dọc 2. B8, theo biểu đồ cũng cho thấy sự lệch của một vòng tròn nhỏ hơn 4. 8- 8- 8- 8- 8- 8- 8- 8- 8- 8- 8- 8- 8- 8- 8 độ lệch từ độ lệch hướng ngược lại từ điểm lệch của đường cong của đường cong của đường cong của đường cong dẫn tới độ lệch của đường cong của đường cong dẫn tới độ lệch của đường cong dẫn dẫn tới độ lệch của đường cong của đường cong của đường cong.

Lợi ích và giới hạn của phương pháp vẽ biểu đồ Smith

Lợi ích

  • Hình ảnh trực quan: biến thể phức tạp có thể ngay lập tức nắm bắt được.
  • Không cần thiết lặp lại đại số cho các nhiệm vụ tương ứng đơn giản.
  • Đánh giá Bandwidth:) trực tiếp đọc từ các vòng tròn liên tục.
  • Giá trị giáo dục:) xây dựng sự hiểu biết sâu sắc về mạch FSS tương đương.

Hạn chế

  • Được phỏng theo một đại diện cho một mục tiêu: ) Biểu đồ Smith coi FSS như một tải tải về, để phân tích, nó phải được kết hợp với lý thuyết mạng.
  • Trình tăng tần số:) Đồ thị trực tiếp giả định một tham chiếu liên tục; cho FSS với điều kiện giới hạn tuần hoàn, điều này có thể không hoàn toàn giải thích được các hiệu ứng góc của hiệu ứng độ.
  • Quá trình nhân tạo có thể là thời gian [FLT: 1] cho hàng trăm điểm tần số; tự động hóa phần mềm được khuyến khích cho dữ liệu đặc.
  • Không hiển thị trực tiếp góc phụ thuộc vào góc: Cần thiết xác suất riêng cho biểu đồ Smith hoặc phần mở rộng 3D.

Kết luận

Biểu đồ Smith vẫn còn là công cụ quan trọng cho phân tích FSS, cấu tạo khoảng cách giữa dữ liệu không được nghiêng và trực giác thiết kế. Bằng cách lên kế hoạch quay quỹ đạo, các kỹ sư có thể nhanh chóng xác định cộng hưởng, băng thông, và các yêu cầu khớp. Công cụ mô phỏng hiện đại không làm cho biểu đồ Smith lỗi thời; thay vì thế, chúng đã làm cho nó dễ dàng hơn bằng cách tự động vẽ và hiệu chỉnh nhiều chức năng khác nhau. Đối với bất cứ ai làm việc với bề mặt dao động tần số của bộ lọc, bộ lọc, hay hệ thống quản lý hệ thống bảng tính bảng điều hành Smith, trả tiền trong thiết kế và sự hiểu biết sâu sắc. Khi thiết kế FSS trở nên phức tạp hơn với nhiều chức năng, các yếu tố đồ họa sẽ tiếp tục thiết kế thiết kế thiết kế đồ họa của bảng điều khiển Smith sẽ tiếp tục được thiết kế.

Tài nguyên thực tế:)