使用smith图表学习存根调整

学习成为存根调优向导的秘密。

在射频工程中，具有与其负载相匹配的波导线是至关重要的;这将使信号损耗最小化，功率处理最大化，并最终在任何给定的射频电路中获得最佳性能。这可以使用各种不同的方法和组件来完成，每种方法和组件都适用于特定的应用程序。这当然导致了工程师不可避免的和由来已久的困境，我们将不得不在最佳的可能解决方案和最便宜的可能实现之间取得平衡。存根调优是满足这两个标准的一种方法;短调优就是在现有的串联、分流、开路或短路配置中增加传输线的长度，以使线路与负载匹配的过程。这是通过将特定长度的存根放置到与负载的特定距离来实现的。下面的图像描述了从波扎的微波设计的短调谐器的基本布局:

存根调谐器易于实施和制造便宜：它们只需要更多的相同材料来制造传输线。因此，工程师将遇到存根调谐器的主要位置之一是使用微带线波导的印刷电路板。存根可以简单地与电路的其余部分一起制造在PCB上。存根旨在实现的目标是取消匹配负载的反应分量，因此它们仅在特定频率下工作。特殊的存根电路可以帮助增加这种较窄的带宽，我们将稍后讨论。

设计

短调谐器的设计规范可以通过分析找到，但工程师有一个工具，可以用来更快地解决这些问题:史密斯图。出于本文的目的，我们将假定读者已经熟悉使用Smith图表，本文的重点将是Smith图表在存根调优中的应用。也就是说，我们将使用示例问题来研究每一个存根调优配置;使用史密斯图表解决。

分流存根调整

假设我们有75 ω的线，但我们的负载是100+j80 ω;我们将需要添加一个存根来匹配这些线路，添加一个传输线的长度来消除来自不匹配负载的无功j80。

系列Stub.

分流存根是迄今为止最常见的安排，所以我们会先看看这些。与姓名暗示一样，一些未知长度的分流单元将在靠近负载附近的某个位置并行地放置，我们将使用史密斯图来生成的参数。

开路：

首先归一化阻碍参数:

在史密斯图上绘制这个zL，并使用指南针创建一个SWR圆。这个圆会和1 + J.b圈在两点。对于分流存根，我们将使用Smith图表作为导纳图，因此将电感电抗部件（上侧）Y1和电容电抗组分（下侧）标记为Y2。使用统治者从圆圈的中心绘制一条线到图表的远边;与SWR圈的交叉点应标记为导纳组件的YL，我们需要抵消感应抗抵抗力。将线从中心绘制到y1和y2向外到图表的边缘。YL和Y1之间的圆弧（波长朝向发电机-WTG）是D1，我们的第一解决方案，用于从负载到短截线的距离。在下面的图表上，我测量了0.229λ。

第二种溶液D2从Y10测量到Y2 WTG。我测量了0.408λ，如图所示。为了获得我们的存根的可能长度，我们将看看Y1和Y2的反应轴。在反应轴上沿着该点沿着图表的边缘向外弯曲并绘制普通（垂直）到图表边缘的线路。Y1的这一点是L1，同样用于Y2和L2;测量这些长度很容易，从短路边缘开始，简单地阅读WTG刻度L1和L2。我衡量L1为0.122λ和L2为0.377λ.

你可能会问，为什么两个解决方案？实际上，这不仅仅是两个解决方案，而是无限的解决方案，每次围绕图表都有更多发现并击中这些长度标记。作为一般规则，最短的d和l对将具有最佳带宽，因为它对频率变化最不敏感，但情况并非总是如此。确定的唯一方法是模拟它或通过实验验证。现在我们有史密斯图解决方案，让我们看看我们有多近：

使用此电路的分析方程我们得到：

所以可能的短缺位置是：

我们需要的存根群体是：

最后给我们我们的长度：

这告诉我们，从史密斯图中得到的解非常接近，这让我们不必通过所有的数学运算来得到答案，从而可以设计电路。

短路:

如果我们想获得短路存根的值，我们已经在史密斯图表上完成了所有工作;我们只需要从开路侧读取它。这样做你应该简单地得到L1=0.128λL2=0.373λ。

系列存根

在此示例中，我们将匹配75Ω线到具有90 +J60Ω的阻抗的负载。

开路：

从开路断头开始，我们必须再次标准化阻抗参数:

在手中，该过程几乎与分流存根史密斯表相同，只有这次我们将图表视为阻抗图表。这使得生活有点更简单，因为我们不必使用进入参数。标记如下图所示的图表上的点，并将D1从ZL到Z1和D2测量到Z2以获得D1 =0.174λ和D2 =0.481λ。以下是从分流短存根的情况下略微不同：要测量开路短路长度，从图表的开路侧开始测量WTG刻度的波长。这样做你会得到L1=0.353λL2=0.147λ.

短路

这次获得从史密斯图表的短路侧读取的短路长度，给予L1=0.103λL2= 0.397λ。这告诉我们所需的短路短截长度是比开路短短四分之一波长。在设计存根时，考虑这些差异是很重要的，这样您就可以根据您的设计需要实现大带宽或窄的低损耗带宽。

双存款调整

单个存根调谐器具有匹配具有正实体组件的任何负载阻抗的能力，但它们需要放置在距离负载的特定距离以维持匹配。当使用固定频率时，这不是一个问题，但是如果必须支持多个频率，则可能需要设计双存根调谐器。双托管调谐器在固定位置处使用两个短柱，并且具有能够将第一存根放置在距离负载的任意距离处。

让我们看一个例子，我们希望匹配一个50 ω的线负载60-j80 ω，并有λ/8的存根分开;像往常一样，我们将开始标准化我们的阻抗:

绘制这一点，在第一个问题中绘制了SWR圈，从zl划分的zl到swr圈的另一侧，以获取我们的归一化进入参数。现在我们将由λ/ 8波长旋转整个1 + JB圆WTL。这是我们新的1 + JB圈，我们将在旧的1 + JB圈子上绘制Y交叉点。这导致我们对我们的第一个遗传，这可以是两个值B1 = 1.314或B'1 = -0.114中的一个。From the y1 intersection, we will now rotate λ/8 wavelengths WTG until we intersect the old 1+jb circle, giving us our y2, and similarly rotate from y’1 λ/8 wavelengths WTG to intersect the old 1+jb circle giving us y’2; so y2 = 1-j3.38 and y’2 = 1+j1.38. Finally rotating back to the origin via the original 1+jb circle gives us b2 = 3.38 and b’2 = -1.38. Thus the lengths needed for the two solutions areL1=0.146λ，L2=0.204λ或L ' 1=0.482λ，L ' 2= 0.35λ。

请注意，由于解决方案必须沿着1 + JB圆圈划分，因此R / Z有一个圆形区域₀>2旋转的圆不相交的地方。这被称为禁区（提示雷声和闪电）。禁区表示不匹配的图表的一部分。这意味着与单个存根调谐器不同，双存款调整不能匹配每个负载。

如果您发现自己在RF字段中工作，因此可以非常方便地设计这些匹配电路的能力可以非常方便，因为它可以比计算更快，并且是可视化正在发生的事情的伟大工具。往往是学习复杂主题中最伟大的障碍的时间并不是那么困难，但思想需要一种描绘解决方案的方法。