Smith Chart Spiegazione

Sto lavorando alla progettazione di alcuni attenuatori RF (912 MHz), si spera. Ho bisogno di alcuni livelli diversi di attenuazione, ma ogni attenuatore diverso può essere riparato.

Ne ho prototipato uno usando resistori appena pronti in una configurazione T-pad che mi dà un discreto livello di attenuazione (piuttosto piatto 19dB) quando eseguo una misurazione S21 usando il mio analizzatore di rete.

Tuttavia, il grafico smith è ovunque quando misuro S11.

Ora dovrei menzionare che il mio prototipo è molto sparato. Fondamentalmente ho smontato un cavo coassiale e saldato a mano in alcuni resistori di carbonio al 5% quasi calcolati tra le due estremità del connettore SMA.

Le mie domande sono le seguenti: Cos'è un diagramma Smith e come posso utilizzarlo per migliorare il mio attenuatore + design del cavo? È un metodo fattibile per creare attenuatori RF fissi di base, dato che non devono essere super precisi e devono funzionare solo su un intervallo molto specifico di frequenze (905-920 ish MHz)?

Come sempre, grazie per l'aiuto.

MODIFICARE:

Questo è lo SC del mio cavo coassiale smontato SENZA l'attenuatore

inserisci qui la descrizione dell'immagine

Questo è lo SC del mio cavo CON l'attenuatore nel mezzo inserisci qui la descrizione dell'immagine

Ecco i grafici di log dell'attenuazione sulla gamma di frequenza che mi interessa: First no attenuator: inserisci qui la descrizione dell'immagine

Secondo con attenuatore: inserisci qui la descrizione dell'immagine

Inoltre, un'altra domanda mi ha colpito. Se sto solo cercando di ridurre la potenza del segnale in uscita, importa dove / come accade la perdita? Quindi conosco una scarsa corrispondenza dell'impedenza come indicato dai miei grafici significa un VSWR più alto ... ma questo non aiuta solo l'attenuazione? Grazie ancora.

rf attenuator smith-chart

— NickHalden
fonte

Puoi darci una foto del diagramma di smitch (non molto importante se questo è quello che penso che sia) e puoi darci un grafico di S11 come trama log log?

— Kortuk,

I resistori sono film di carbonio o composizione di carbonio? I film di carbonio non sono adatti per il lavoro UHF in quanto sono formati tagliando una pista a spirale in un cilindro di film di carbonio, quindi hanno un'induttanza molto sostanziale. La composizione del carbonio ha un corpo in carbonio solido e può essere adatta per il lavoro UHF a seconda di altri fattori.

— Russell McMahon,

Un grafico di Smith è un brillante mezzo grafico per capire quale impedenza è necessario abbinare tra due impedenze conosciute o un'indicazione di ciò che si otterrà se si aggiunge un'impedenza complessa a un'altra. Puoi ottenere versioni automatizzate di SC ma sono relativamente facili da usare una volta comprese.

— Russell McMahon,

@RussellMcMahon Sono d'accordo, mi chiedo l'entità del segnale riflesso ricevuto prima di commentare.

— Kortuk,

Ma ora hai praticamente combinato così tante domande insieme, che è difficile per noi darti una buona serie di risposte in questo formato ... Forse potresti trasformare alcune delle tue domande di follow-up in nuove domande per il sito?

— Il fotone

Risposte:

Un diagramma di Smith non è tanto un aiuto alla progettazione dell'attenuatore
quanto un mezzo per valutare e adattare un progetto.

Quindi, vedere gli articoli dell'attenuatore di seguito e quindi gli articoli della carta Smith.

I resistori di carbonio possono essere una pellicola di carbonio o una composizione di carbonio?

I film di carbonio non sono adatti per il lavoro UHF in quanto sono formati tagliando una pista a spirale in un cilindro di film di carbonio, quindi hanno un'induttanza molto sostanziale.
La composizione del carbonio ha un corpo in carbonio solido e può essere adatta per il lavoro UHF a seconda di altri fattori.

Attenuatori UHF:

Tutorial di base sull'attenuatore RF

Tutorial di progettazione dell'attenuatore : sembra buono.

Interesse: prodotti commerciali

Wikipedia

Che cos'è un grafico Smith?

Wikipedia offre un riassunto migliore della media:
da qui

La carta Smith, inventata da Phillip H. Smith (1905-1987), 1[2] è un aiuto grafico o nomogramma progettato per gli ingegneri elettrici ed elettronici specializzati nell'ingegneria delle radiofrequenze (RF) per aiutare a risolvere i problemi con le linee di trasmissione e i circuiti corrispondenti. [3] L'uso dell'utility per grafici Smith è cresciuto costantemente nel corso degli anni ed è ancora ampiamente usato oggi, non solo come aiuto per la risoluzione dei problemi, ma come dimostrazione grafica di quanti parametri RF si comportano a una o più frequenze, un'alternativa all'utilizzo di tabular informazione. Il grafico di Smith può essere usato per rappresentare molti parametri tra cui impedenze, ammissioni, coefficienti di riflessione, parametri di scattering, cerchi di figure di rumore, contorni di guadagno costante e regioni per la stabilità incondizionata, compresa l'analisi delle vibrazioni meccaniche. [4] [5] Il diagramma di Smith viene usato più frequentemente nella o nella regione del raggio unitario. Però,

Un'introduzione alquanto delicata - introduzione a powerpoint di 27 pagine - si approfondisce abbastanza rapidamente, MA una carta di Smith può essere molto molto utile senza quasi la matematica o i numeri coinvolti.

La superba risorsa di Smith Chart - essenzialmente un indice di indici - suddivide il soggetto in sezioni e fornisce molti riferimenti per ciascuno.

Un altro buon elenco di riferimenti

Tutorial di Smith Chart da Maxim - ragionevole "denso" ma sembra comprensibile.

Lo capirai dopo averlo letto :-)

inserisci qui la descrizione dell'immagine

Smith Chart basato su software gratuito

Software gratuito Smith Chart

Sim Smith - Basato su Java

Molte pagine correlate a Smith Chart

— Russell McMahon
fonte

Per dare una spiegazione molto rapida del grafico di Smith, si basa su una semplice idea:

Il coefficiente di riflessione ( $\Gamma$ o $S_{11}$ ) di una terminazione su una linea di trasmissione è correlata all'impedenza della terminazione ( Z ) di

$\Gamma=\frac{Z-Z_0}{Z+Z_0}$

Dove $Z_0$ è l'impedenza caratteristica della linea. Tutte queste variabili sono numeri complessi.

Il grafico di Smith è un mezzo grafico per calcolare questa relazione.

Fondamentalmente si traccia il coefficiente di riflessione sulla carta in coordinate polari: la distanza del punto dal centro della carta è la grandezza del coefficiente di riflessione e l'angolo dall'asse x è l'argomento del coefficiente di riflessione. Quindi le righe sul grafico consentono di leggere l'impedenza di carico. Spesso il grafico è normalizzato su un'impedenza caratteristica di 1 Ohm, quindi si moltiplica l'impedenza di carico in lettura per la Z0 effettiva (spesso 50 Ohm) per ottenere l'impedenza di carico fisico.

Al contrario, è possibile tracciare il valore dell'impedenza di carico facendo riferimento alle linee tracciate sul grafico e leggere il coefficiente di riflessione utilizzando un righello per misurare la distanza dal centro del grafico e individuare l'angolo dalla scala attorno al bordo esterno.

inserisci qui la descrizione dell'immagine

È utile poter passare rapidamente tra il coefficiente di riflessione e l'impedenza di carico perché alcune regolazioni del circuito hanno un effetto che è più facilmente calcolabile in una forma o nell'altra.

Ad esempio, l'aggiunta di un resistore serie aggiunge un valore fisso alla parte reale dell'impedenza di carico. O l'aggiunta di un induttore in serie aggiunge un valore dipendente dalla frequenza al componente immaginario dell'impedenza di carico. D'altra parte, spostarsi indietro lungo la linea di trasmissione in un punto più lontano dal carico aggiunge un valore dipendente dalla frequenza alla fase del coefficiente di riflessione.

Le curve tracciate sul grafico pubblicato da Russell mostrano esempi di questo tipo di trasformazioni.

Dovrei aggiungere che esiste una forma alternativa della carta di Smith, chiamata una carta di Smith di ammissione, che sembra la stessa ma riflessa sull'asse y. Ciò consente di calcolare la relazione tra ingresso e riflessione anziché impedenza. È utile, ad esempio, se stai regolando il carico posizionando un elemento parallelo anziché un elemento serie.

— Il fotone
fonte

Russel ha fornito un ampio elenco di collegamenti per comprendere il concetto di Smith Chart.

Proverò a dare un breve riassunto di ciò che fa la Smith Chart con l'esempio. Sono anche uno studente e il concetto era nuovo per me.

La risposta è basata al 100% sull'articolo perfetto di Maxim Integrated riferito da Russel ( URL ).

Teoria

1) Installazione: linea di trasmissione e carico

2) Formula ben nota per il coefficiente di riflessione:

Γ_{L} \equiv \frac{V_{r e l f}}{V_{i n c}} = \frac{Z_{L} - Z_{0}}{Z_{L} + Z_{0}} \equiv Γ_{r} + j \cdot Γ_{i}

${\Gamma _L} \equiv \frac{{{V_{relf}}}}{{{V_{inc}}}} = \frac{{{Z_L} - {Z_0}}}{{{Z_L} + {Z_0}}} \equiv {\Gamma _r} + j \cdot {\Gamma _i}$
3) Normalizziamo l'impedenza di carico di Z0 e denotiamo la parte reale come re la parte immaginaria come x:

z \equiv \frac{Z_{L}}{Z_{0}} \equiv r + j \cdot x

$z \equiv \frac{{{Z_L}}}{{{Z_0}}} \equiv r + j \cdot x$ 4) Ora, usando manipolazioni matematiche lunghe ma semplici, descritte nell'articolo, puoi mostrare che:

(Γ_{r} - \frac{r}{r + 1})^{2} + {Γ_{i}}^{2} = (\frac{1}{r + 1})^{2}

${({\Gamma _r} - \frac{r}{{r + 1}})^2} + {\Gamma _i}^2 = {(\frac{1}{{r + 1}})^2}$
e

(Γ_{r} - 1)^{2} + (Γ_{io} - \frac{1}{X})^{2} = (\frac{1}{X})^{2}

${({\Gamma _r} - 1)^2} + {({\Gamma _i} - \frac{1}{x})^2} = {(\frac{1}{x})^2}$

Come ricorderete a scuola, queste sono le equazioni di due cerchi per le coordinate ${\Gamma _r}$ e ${\Gamma _i}$ . Ciò costituisce la bellezza del diagramma di Smith: potresti trovare un'impedenza complessa del carico conoscendo parti reali e immaginarie del coefficiente di riflessione ( ${\Gamma _r}$ e ${\Gamma _i}$ ) intersecando i cerchi corrispondenti nella tabella di Smith.

Esempio (ancora preso in prestito dall'articolo)

Trova l'impedenza complessa del punto Z2 nella tabella di Smith in basso

URL per l'immagine a risoluzione più grande

Soluzione:

Trova i cerchi corrispondenti per r e x. I valori corrispondenti si trovano sull'asse orizzontale (r) e sul grande cerchio attorno al carrello Smith (x) (contrassegnato da frecce verdi): r = 1,5, x = -2 (abbiamo aggiunto il segno meno perché il punto si trova in il mezzo piano inferiore).
Ricorda di moltiplicare per Z0.

Z 2 \equiv Z_{L} = Z_{0} \cdot z = Z_{0} \cdot (r + j \cdot X) = Z_{0} \cdot r + j \cdot Z_{0} \cdot X = 50 \cdot 1.5 + 50 \cdot j \cdot (- 2) Ω = 75 - j \cdot 100 Ω

$Z2 \equiv {Z_L} = {Z_0} \cdot z = {Z_0} \cdot (r + j \cdot x) = {Z_0} \cdot r + j \cdot {Z_0} \cdot x = 50 \cdot 1.5 + 50 \cdot j \cdot ( - 2)\,\Omega = 75 - j \cdot 100\,\Omega$

— Sergei Gorbikov
fonte