Explication du graphique de Smith

Je travaille sur la conception de certains atténuateurs RF (912 MHz), espérons-le, simples. J'ai besoin de différents niveaux d'atténuation, mais chaque atténuateur différent peut être corrigé.

J'en ai prototype une en utilisant des résistances standard dans une configuration en T-pad qui me donne un niveau d'atténuation décent (assez plat 19 dB) lorsque j'effectue une mesure S21 à l'aide de mon analyseur de réseau.

Cependant, le graphique smith est partout quand je mesure S11.

Maintenant, je dois mentionner que mon prototype est très fusil. Fondamentalement, j'ai démonté un câble coaxial et soudé à la main dans des résistances de carbone à 5% proches des calculs entre les deux extrémités du connecteur SMA.

Mes questions sont les suivantes: Qu'est-ce qu'un diagramme Smith et comment puis-je l'utiliser pour améliorer la conception de mon atténuateur + câble? Est-ce une méthode réalisable pour créer des atténuateurs RF fixes de base étant donné qu'ils n'ont pas besoin d'être super précis et doivent seulement fonctionner sur une gamme de fréquences très spécifique (905-920 ish MHz)?

Comme toujours, merci pour votre aide.

ÉDITER:

Ceci est le SC de mon câble coaxial démonté SANS l'atténuateur

Ceci est le SC de mon câble AVEC l'atténuateur au milieu

Voici les tracés log de l'atténuation sur la gamme de fréquences qui m'intéresse: Tout d'abord pas d'atténuateur:

Deuxième avec atténuateur:

Aussi, une autre question m'a frappé. Si j'essaie simplement de réduire la puissance du signal à la sortie, est-ce important où / comment la perte se produit? Je connais donc une mauvaise adaptation d'impédance comme indiqué par mes graphiques signifie un VSWR plus élevé ... mais cela n'aide-t-il pas simplement l'atténuation? Merci encore.

Un graphique Smith n'est pas tant une aide à la conception de l'atténuateur
qu'un moyen d'évaluer et d'ajuster une conception.

Donc, voir les articles sur l'atténuateur ci-dessous, puis les articles du graphique Smith

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Les résistances au carbone peuvent être un film de carbone ou une composition de carbone?

• Les films de carbone ne conviennent pas au travail UHF car ils sont formés en coupant une piste en spirale dans un cylindre de film de carbone, ils ont donc une inductance très importante.

• La composition en carbone a un corps en carbone solide et peut convenir au travail UHF en fonction d'autres facteurs.

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Atténuateurs UHF:

Tutoriel de base sur l'atténuateur RF

Tutoriel de conception d'atténuateur - semble bon.

Intérêt - Produits commerciaux

Wikipédia

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Qu'est-ce qu'un graphique Smith?

Wikipedia donne un résumé concis meilleur que la moyenne: d'
ici

• La carte Smith, inventée par Phillip H. Smith (1905–1987), 1[2] est une aide graphique ou un nomogramme conçu pour les ingénieurs électriciens et électroniciens spécialisés dans l'ingénierie des radiofréquences (RF) pour aider à résoudre les problèmes avec les lignes de transmission et les circuits d'adaptation. [3] L'utilisation de l'utilitaire de diagramme de Smith a augmenté régulièrement au fil des ans et il est encore largement utilisé aujourd'hui, non seulement comme aide à la résolution de problèmes, mais comme démonstrateur graphique du nombre de paramètres RF qui se comportent à une ou plusieurs fréquences, une alternative à l'utilisation du tableau. information. Le diagramme de Smith peut être utilisé pour représenter de nombreux paramètres, y compris les impédances, les admittances, les coefficients de réflexion, les paramètres de diffusion, les cercles de figures de bruit, les contours de gain constant et les régions pour une stabilité inconditionnelle, y compris l'analyse des vibrations mécaniques. [4] [5] Le diagramme de Smith est le plus souvent utilisé au niveau ou dans la région du rayon d'unité. cependant,

Une introduction assez douce - une introduction Powerpoint de 27 pages - pénètre encore assez rapidement MAIS un diagramme de Smith peut être très très utile sans presque aucun calcul ni calcul.

La ressource Superbe Smith Chart - essentiellement un index d'index - divise le sujet en sections et fournit de nombreuses références pour chacune.

Une autre bonne liste de références

Tutoriel Smith Chart de Maxim - raisonnable "dense" mais semble compréhensible.

Vous comprendrez cela une fois que vous l'avez lu :-)

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Logiciel Smith Chart basé sur un logiciel gratuit

Logiciel Freeware Smith Chart

Sim Smith - basé sur Java

Beaucoup de pages liées au graphique Smith

Pour donner une explication très rapide du graphique Smith, il repose sur une idée simple:

Le coefficient de réflexion ($\Gamma$ ou $S_{11}$) d'une terminaison sur une ligne de transmission est liée à l'impédance de la terminaison ( Z ) par

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

Où $Z_0$est l'impédance caractéristique de la ligne. Toutes ces variables sont des nombres complexes.

Le diagramme de Smith est un moyen graphique de calculer cette relation.

Fondamentalement, vous tracez le coefficient de réflexion sur le graphique en coordonnées polaires: la distance du point au centre du graphique est la magnitude du coefficient de réflexion, et l'angle à partir de l'axe des x est l'argument du coefficient de réflexion. Ensuite, les lignes sur le graphique vous permettent de lire l'impédance de charge. Souvent, le graphique est normalisé à une impédance caractéristique de 1 Ohm, donc vous multipliez l'impédance de charge lue par votre Z0 réel (souvent 50 Ohms) pour obtenir l'impédance de charge physique.

À l'inverse, vous pouvez tracer la valeur de l'impédance de votre charge en vous référant aux lignes tracées sur le graphique et lire le coefficient de réflexion en utilisant une règle pour mesurer la distance par rapport au centre du graphique et pour localiser l'angle par rapport à l'échelle autour du bord extérieur.

Il est utile de pouvoir basculer rapidement entre le coefficient de réflexion et l'impédance de charge car certains ajustements de circuit ont un effet qui est plus facilement calculé sous une forme ou une autre.

Par exemple, l'ajout d'une résistance série ajoute une valeur fixe à la partie réelle de l'impédance de charge. Ou l'ajout d'une inductance série ajoute une valeur dépendante de la fréquence à la composante imaginaire de l'impédance de charge. D'un autre côté, reculer le long de la ligne de transmission jusqu'à un point plus éloigné de la charge ajoute une valeur dépendante de la fréquence à la phase du coefficient de réflexion.

Les courbes tracées sur le graphique affiché par Russell montrent des exemples de ce type de transformations.

Je dois ajouter qu'il existe une autre forme de graphique Smith, appelée graphique Smith d'admission, qui a la même apparence mais se reflète sur l'axe des y. Cela permet de calculer la relation entre l'admittance et la réflexion au lieu de l'impédance. C'est utile, par exemple, si vous ajustez votre charge en plaçant un élément parallèle au lieu d'un élément série.

Russel a donné une longue liste de liens pour saisir le concept du graphique Smith.

Je vais essayer de donner un bref résumé de ce que le graphique de Smith fait avec l'exemple. Je suis également étudiante et le concept était nouveau pour moi.

La réponse est à 100% basée sur l'article parfait de Maxim Integrated référé par Russel ( URL ).

Théorie

1) Configuration: ligne de transmission et charge

2) Formule bien connue pour le coefficient de réflexion:

$${\Gamma _L} \equiv \frac{{{V_{relf}}}}{{{V_{inc}}}} = \frac{{{Z_L} - {Z_0}}}{{{Z_L} + {Z_0}}} \equiv {\Gamma _r} + j \cdot {\Gamma _i}$$
3) Normalisons l'impédance de charge par Z0 et notons la partie réelle en r et la partie imaginaire en x:
$$z \equiv \frac{{{Z_L}}}{{{Z_0}}} \equiv r + j \cdot x$$ 4) Maintenant, en utilisant des manipulations mathématiques longues mais simples, décrites dans l'article, vous pouvez montrer que: $${({\Gamma _r} - \frac{r}{{r + 1}})^2} + {\Gamma _i}^2 = {(\frac{1}{{r + 1}})^2}$$
et
$${({\Gamma _r} - 1)^2} + {({\Gamma _i} - \frac{1}{x})^2} = {(\frac{1}{x})^2}$$

Comme vous vous en souvenez peut-être de l'école, ce sont les équations de deux cercles pour les coordonnées${\Gamma _r}$ et ${\Gamma _i}$. Cela forme la beauté du graphique de Smith: vous pouvez trouver une impédance complexe de la charge connaissant les parties réelles et imaginaires du coefficient de réflexion (${\Gamma _r}$ et ${\Gamma _i}$) en coupant les cercles correspondants dans le graphique de Smith.

Exemple (encore une fois emprunté à l'article)

Trouvez l'impédance complexe du point Z2 sur le graphique de Smith ci-dessous

URL vers l'image à plus grande résolution

Solution:

Trouvez les cercles correspondants pour r et x. Les valeurs correspondantes sont situées sur l'axe horizontal (r) et sur le grand cercle autour du chariot Smith (x) (marquées de flèches vertes): r = 1,5, x = -2 (nous avons ajouté le signe moins car le point est situé dans le demi-plan inférieur).
N'oubliez pas de multiplier par Z0.

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