Smith Chart Erklärung

Ich arbeite an der Entwicklung einiger hoffentlich einfacher HF-Dämpfungsglieder (912 MHz). Ich brauche ein paar verschiedene Dämpfungsstufen, aber jedes unterschiedliche Dämpfungsglied kann repariert werden.

Ich habe einen Prototyp mit Standardwiderständen in einer T-Pad-Konfiguration entwickelt, die mir eine anständige Dämpfung (ziemlich flache 19 dB) bietet, wenn ich eine S21-Messung mit meinem Netzwerkanalysator durchführe.

Die Schmiedekarte ist jedoch überall, wenn ich S11 messe.

Jetzt sollte ich erwähnen, dass mein Prototyp sehr schottisch ist. Grundsätzlich habe ich ein Koaxialkabel auseinander genommen und einige nahe berechnete 5% Kohlenstoffwiderstände zwischen den beiden SMA-Anschlussenden von Hand eingelötet.

Meine Fragen lauten wie folgt: Was ist ein Smith-Diagramm und wie verwende ich es, um mein Dämpfungsglied + Kabeldesign zu verbessern? Ist dies eine praktikable Methode zur Erstellung grundlegender fester HF-Dämpfungsglieder, da sie nicht sehr genau sein müssen und nur über einen ganz bestimmten Frequenzbereich (905-920 ish MHz) funktionieren müssen?

Wie immer vielen Dank für Ihre Hilfe.

BEARBEITEN:

Dies ist der SC meines zerlegten Koaxialkabels OHNE Dämpfungsglied

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Dies ist der SC meines Kabels mit dem Dämpfungsglied in der Mitte Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Hier sind die logarithmischen Diagramme der Dämpfung über den Frequenzbereich, an dem ich interessiert bin: Zuerst kein Dämpfungsglied: Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Zweitens mit Dämpfungsglied: Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Auch eine andere Frage traf mich. Wenn ich nur versuche, die Signalleistung am Ausgang zu reduzieren, spielt es dann eine Rolle, wo / wie der Verlust auftritt? Ich weiß also, dass eine schlechte Impedanzanpassung, wie in meinen Diagrammen angegeben, ein höheres VSWR bedeutet ... aber hilft das nicht nur bei der Dämpfung? Danke noch einmal.

rf attenuator smith-chart

— NickHalden
quelle

Können Sie uns ein Bild des Smitch-Diagramms geben (nicht wirklich wichtig, wenn es meiner Meinung nach so ist) und können Sie uns ein Diagramm von S11 als Log-Mag-Diagramm geben?

— Kortuk

Sind die Widerstände Kohlenstofffilm oder Kohlenstoffzusammensetzung? Kohlenstofffolien sind nicht für UHF-Arbeiten geeignet, da sie durch Schneiden einer Spiralbahn in einem Kohlenstofffilmzylinder gebildet werden und daher eine sehr erhebliche Induktivität aufweisen. Die Kohlenstoffzusammensetzung hat einen festen Kohlenstoffkörper und kann in Abhängigkeit von anderen Faktoren für UHF-Arbeiten geeignet sein.

— Russell McMahon

Ein Smith-Diagramm ist ein brillantes grafisches Mittel, um entweder herauszufinden, welche Impedanz zwischen zwei bekannten Impedanzen angepasst werden muss, oder um anzugeben, was Sie am Ende erhalten, wenn Sie einer anderen eine komplexe Impedanz hinzufügen. Sie können automatisierte Versionen des SC erhalten, diese sind jedoch relativ einfach zu verwenden, sobald sie verstanden wurden.

— Russell McMahon

@RussellMcMahon Ich stimme zu, ich frage mich, wie groß das reflektierte Signal ist, bevor ich es kommentiere.

— Kortuk

Aber jetzt haben Sie im Grunde so viele Fragen miteinander kombiniert, dass es für uns schwierig ist, Ihnen eine gute Reihe von Antworten in diesem Format zu geben ... Vielleicht könnten Sie einige Ihrer Anschlussfragen in neue Fragen für die Site aufteilen?

— Das Photon

Antworten:

Ein Smith-Diagramm ist weniger eine Konstruktionshilfe für Dämpfungsglieder
als vielmehr ein Mittel zur Bewertung und Anpassung eines Designs.

Also - siehe Artikel über Dämpfungsglieder unten und dann Artikel über Smith-Diagramme.

Kohlenstoffwiderstände können Kohlenstofffilm oder Kohlenstoffzusammensetzung sein?

Kohlenstofffolien sind nicht für UHF-Arbeiten geeignet, da sie durch Schneiden einer Spiralbahn in einem Kohlenstofffilmzylinder gebildet werden und daher eine sehr erhebliche Induktivität aufweisen.
Die Kohlenstoffzusammensetzung hat einen festen Kohlenstoffkörper und kann in Abhängigkeit von anderen Faktoren für UHF-Arbeiten geeignet sein.

UHF-Dämpfungsglieder:

Grundlegendes Tutorial zum HF-Dämpfungsglied

Attenuator Design Tutorial - sieht gut aus.

Interesse - Kommerzielle Produkte

Wikipedia

Was ist ein Smith Chart?

Wikipedia gibt eine überdurchschnittlich kurze Zusammenfassung:
Von hier aus

Das von Phillip H. Smith (1905–1987) erfundene Smith-Diagramm, 1[2] ist eine grafische Hilfe oder ein Nomogramm für Elektro- und Elektronikingenieure, die sich auf Hochfrequenztechnik spezialisiert haben, um Probleme mit Übertragungsleitungen und Anpassungsschaltungen zu lösen. [3] Die Verwendung des Smith-Diagrammdienstprogramms hat im Laufe der Jahre stetig zugenommen und wird auch heute noch häufig verwendet, nicht nur als Hilfsmittel zur Problemlösung, sondern auch als grafischer Demonstrator für das Verhalten vieler HF-Parameter bei einer oder mehreren Frequenzen, eine Alternative zur Verwendung von Tabellen Information. Das Smith-Diagramm kann verwendet werden, um viele Parameter darzustellen, einschließlich Impedanzen, Admittanzen, Reflexionskoeffizienten, Streuparameter, Rauschzahlkreise, konstante Verstärkungskonturen und Bereiche für bedingungslose Stabilität, einschließlich mechanischer Schwingungsanalyse. [4] [5] Das Smith-Diagramm wird am häufigsten im oder innerhalb des Bereichs mit dem Einheitsradius verwendet. Jedoch,

Eine etwas sanfte Einführung - ein 27-seitiges Powerpoint-Intro - wird immer noch ziemlich schnell tief, ABER ein Smith-Diagramm kann sehr, sehr nützlich sein, fast ohne Mathematik oder Numerik.

Die hervorragende Smith Chart-Ressource - im Wesentlichen ein Index von Indizes - unterteilt das Thema in Abschnitte und bietet jeweils viele Referenzen.

Eine weitere gute Referenzliste

Smith Chart Tutorial von Maxim - vernünftig "dicht", sieht aber verständlich aus.

Du wirst es verstehen, wenn du es gelesen hast :-)

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Freie Software basiert Smith Chart

Freeware Smith Chart Software

Sim Smith - Java basiert

Viele Smith Chart verwandte Seiten

— Russell McMahon
quelle

Um eine sehr schnelle Erklärung des Smith-Diagramms zu geben, beruht es auf einer einfachen Idee:

$\Gamma$ $S_{11}$

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

$Z_0$

Das Smith-Diagramm ist ein grafisches Mittel zur Berechnung dieser Beziehung.

Grundsätzlich zeichnen Sie den Reflexionskoeffizienten in Polarkoordinaten auf dem Diagramm auf: Der Abstand des Punkts von der Mitte des Diagramms ist die Größe des Reflexionskoeffizienten, und der Winkel von der x-Achse ist das Argument des Reflexionskoeffizienten. Mit den Linien in der Tabelle können Sie dann die Lastimpedanz ablesen. Oft wird das Diagramm auf eine charakteristische Impedanz von 1 Ohm normiert, sodass Sie die Leselastimpedanz mit Ihrem tatsächlichen Z0 (häufig 50 Ohm) multiplizieren, um die physikalische Lastimpedanz zu erhalten.

Umgekehrt können Sie Ihren Lastimpedanzwert anhand der auf dem Diagramm gezeichneten Linien darstellen und den Reflexionskoeffizienten ablesen, indem Sie mit einem Lineal den Abstand von der Diagrammmitte messen und den Winkel von der Skala um die Außenkante lokalisieren.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Es ist nützlich, schnell zwischen Reflexionskoeffizient und Lastimpedanz umschalten zu können, da bestimmte Schaltungsanpassungen einen Effekt haben, der in der einen oder anderen Form einfacher berechnet werden kann.

Wenn Sie beispielsweise einen Vorwiderstand hinzufügen, wird dem Realteil der Lastimpedanz ein fester Wert hinzugefügt. Durch Hinzufügen eines Reiheninduktors wird der imaginären Komponente der Lastimpedanz ein frequenzabhängiger Wert hinzugefügt. Wenn Sie dagegen entlang der Übertragungsleitung zu einem Punkt weiter von der Last entfernt zurückkehren, wird der Phase des Reflexionskoeffizienten ein frequenzabhängiger Wert hinzugefügt.

Die auf dem von Russell veröffentlichten Diagramm gezeichneten Kurven zeigen Beispiele für diese Art von Transformationen.

Ich sollte hinzufügen, dass es eine alternative Form des Smith-Diagramms gibt, das als Admittance-Smith-Diagramm bezeichnet wird und gleich aussieht, aber über die y-Achse gespiegelt ist. Dies ermöglicht die Berechnung der Beziehung zwischen Admittanz und Reflexion anstelle der Impedanz. Dies ist beispielsweise nützlich, wenn Sie Ihre Last anpassen, indem Sie ein paralleles Element anstelle eines Serienelements platzieren.

— Das Photon
quelle

Russel hat eine umfangreiche Liste von Links angegeben, um das Konzept der Smith-Tabelle zu verstehen.

Ich werde versuchen, eine kurze Zusammenfassung dessen zu geben, was das Smith-Diagramm mit dem Beispiel macht. Ich bin auch Student und das Konzept war neu für mich.

Die Antwort basiert zu 100% auf dem perfekten Artikel von Maxim Integrated, auf den Russel ( URL ) verweist .

Theorie

1) Aufbau: Übertragungsleitung und Last

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}

${\Gamma _L} \equiv \frac{{{V_{relf}}}}{{{V_{inc}}}} = \frac{{{Z_L} - {Z_0}}}{{{Z_L} + {Z_0}}} \equiv {\Gamma _r} + j \cdot {\Gamma _i}$

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

$z \equiv \frac{{{Z_L}}}{{{Z_0}}} \equiv r + j \cdot x$

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

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

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

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

${\Gamma _r}$ ${\Gamma _i}$ ${\Gamma _r}$ ${\Gamma _i}$

Beispiel (wieder aus dem Artikel entlehnt)

Finden Sie die komplexe Impedanz des Punktes Z2 in der Smith-Tabelle unten

URL zum Bild mit größerer Auflösung

Lösung:

Finden Sie die entsprechenden Kreise für r und x. Entsprechende Werte befinden sich auf der horizontalen Achse (r) und am großen Kreis um den Smith Cart (x) (markiert mit grünen Pfeilen): r = 1,5, x = -2 (wir haben das Minuszeichen hinzugefügt, weil sich der Punkt in befindet die untere Halbebene).
Denken Sie daran, mit Z0 zu multiplizieren.

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
quelle