مهندسی میدان و مایکروویو
انجمن مهندسی مایکروویو ایرانمهندسی میدان و مایکروویو
انجمن مهندسی مایکروویو ایرانفیلم آموزشی استفاده از گراف اسمیت
به منظور آشنایی دانشجویان و علاقمندان ده فیلم آموزشی استفاده از گراف اسمیت ارائه می گردد.
1. دانلود فیلم آموزشی: "آشنایی با اسمیت چارت"
2. دانلود فیلم آموزشی: "ضریب بازتابش در اسمیت چارت"
3. دانلود فیلم آموزشی: " ضریب انتقال در اسمیت چارت"
4. دانلود فیلم آموزشی: "امپدانس و ضریب بازتابش بار در اسمیت چارت"
5. دانلود فیلم آموزشی: "ادمیتانس، مدار باز، و مدار اتصال کوتاه در اسمیت چارت"
6. دانلود فیلم آموزشی: "امپدانس ورودی در اسمیت چارت"
7. دانلود فیلم آموزشی: "امپدانس بار و خروجی در اسمیت چارت"
8. دانلود فیلم آموزشی: "VSWR و طول مینی مم و ماکزیمم در اسمیت چارت"
9. دانلود فیلم آموزشی: "اسلات لاین در اسمیت چارت"
10. دانلود فیلم آموزشی: "خلاصه مفاهیم اسمیت چارت"
مقدمات گراف اسمیت
گراف اسمیت توسط فیلیپ اسمیت به منظور کمک در حل مسائل مربوط به خطوط انتقال و تطبیق امپدانس ابداع گردید.
اصول ابتدایی گراف اسمیت بر نگاشت توابع مختلط استوار است.
در گراف اسمیت محورهای مختصات صفحه z را به داخل یک دایره در صفحه گاما نگاشت می کنیم.
راکتانس های سری مثبت و منفی و مقاومت های سری در صفحه z به صورت نشان داده شده در صفحه گاما نگاشت می شوند.
سوسکپتانس های موازی مثبت و منفی و رسانایی های موازی نیز به صورت نشان داده شده در صفحه گاما نگاشت می شوند.
دوایر SWR ثابت در صفحه گاما به صورت نشان داده شده در شکل خواهند بود.
دوایر امپدانس ثابت بر روی گراف اسمیت به صورت نشان داده شده نگاشت خواهند شد.
امپدانس هایی با فاز ثابت به صورت نشان داده شده در شکل در گراف اسمیت نگاشت خواهند شد.
محاسبات ریاضی در گراف اسمیت نیز انجام پذیر است.
انجام محاسبات ریاضی در گراف اسمیت.
از مدارات الکتریکی به مدارات الکترونیکی
مدارات الکتریکی ترکیبی از سیم های رسانا و سایر قطعاتی هستند که در آن ها شارش یکنواخت الکترون ها اتفاق می افتد. مدارات الکترونیکی یک بعد جدید به مدارات الکتریکی اضافه کردند، این بعد به معنی کنترل شارش جریان الکترون ها به وسیله ی یک سیگنال الکتریکی دیگر، ولتاژ یا جریان، است.
البته به خودی خود کنترل شارش الکترون ها مبحث جدیدی برای دانشجویان و متخصصان مدارات الکتریکی نیست. سوئیچ ها نیز شارش الکترون ها را کنترل می کنند، و همچنین پتانسیومترها، هنگامی که به عنوان مقاومت متغیر استفاده شوند. نه سوئیچ ها و نه پتانسومترها مباحث جدیدی در تجربیات و مطالعات شما نیستند. مرزی که مدارات الکتریکی و الکترونیکی را از یکدیگر جدا می کند، در چگونگی کنترل الکترون ها است و نه اینکه آیا اصلا کنترلی در مدار وجود دارد یا خیر. سوئیچ ها و رئوستاها شارش الکترون ها را بر اساس موقعیت مکانیکی شان کنترل می کنند. این موقعیت مکانیکی نیز توسط یک نیرویی خارج از مدار به آن ها وارد شده است. در الکترونیک ما با قطعات خاصی سروکار داریم که شارش الکترون ها را بر اساس شارش دیگری از الکترون ها، و یا اعمال یک ولتاژ استاتیک کنترل می کنند. به بیان دیگر در مدارهای الکترونیکی، الکتریسته می تواند الکتریسیته را کنترل می شود.
ورود به عصر الکترونیک با اختراع لامپ توسط توماس ادیسون شروع گردید. ادیسون متوجه شد که جریان های اندکی از درون فیلمان گرم لامپ به صفحه ی فلزی ای که در خلا قرار گرفته است، می گذرد. امروزه به این "اثر ادیسون" گفته می شود. توجه داشته باشید که باطری تنها برای گرم کردن لامپ لازم است.
در سال 1904 مشاور شرکت بی سیم مارکونی، جان فلمینگ متوجه شد که جریان ایجاد شده توسط یک منبع خارجی (باطری) تنها در یک جهت و از فیلمان به سمت صفحه فلزی منتشر می شود (شکل b). ولی این جهت جریان از سمت مخالف ممکن نیست. این اختراع در واقع همان دیودهای خلا بود و برای تبدیل جریان های نوسانی به dc مورد استفاده قرار گرفت. لی دفورست با اضافه کردن الکترود سوم (شکل c) توانست با یک سیگنال کوچک شارش جریان الکترون ها از سمت فیلمان به سمت صفحه را کنترل کند.
به لحاظ تاریخی عصر الکترونیک با اختراع تیوب اودیون (Audion tube) شروع گردید. تیوب اودیون وسیله ای بود که می توانست شارش الکترون ها را در خلا با اعمال یک ولتاژ کوچک به دو صفحه فلزی داخل تیوب کنترل کند. امروزه به این تجهیزات تیوب الکترون (electron tube) یا تیوب خلا (vacuum tube) گفته می شود.
تکنولوژی الکترونیک در سال 1948 با اختراع ترانزیستورها، انقلابی در این علم را تجربه کرد. این قطعه بسیار کوچک تقریبا همان رفتار تیوب اودیون را داشت، ولی از لحاظ ابعاد و مواد به کار رفته در آن قابل مقایسه نبود. ترانزیستورها شارش الکترون ها را از طریق مواد نیمه هادی، بجای خلا، کنترل می کنند. به همین دلیل به تکنولوژی ترانزیستورها غالبا الکترونیک حالت جامد (solid-state) گفته می شود.
امپدانس مشخصه (مباحث تکمیلی)
فرض کنید دو سیم موازی با طول بینهایت دارید. چه اتفاقی می افتد اگر کلید زیر را ببندید؟ با توجه به اینکه می دانیم هیچ باری در انتهای سیم وجود ندارد، پس خط انتقال ما مدار باز است. آیا اصلا باید جریانی ایجاد شود؟
اگرچه می توانیم در این آزمایش ذهنی از ابررساناها استفاده کرده و از مقاومت کابل ها صرف نظر کنیم ولی نمی توانیم به هیچ عنوان از خازنی که بین دو کابل ایجاد شده است چشم پوشی کنیم. هر زوج رسانایی که توسط یک محیط عایق از یکدیگر جدا شده باشند، بین شان خاصیت خازنی القا می شود.
ولتاژی که بین این دو رسانا القا می شود باعث ایجاد میدان الکتریکی بین آن ها نیز خواهد شد. انرژی در میدان الکتریکی ذخیره می شود، و این میدان ذخیره شده با تغییر در ولتاژ مخالفت می کند. عکس العمل خازنی در مقابل تغییر در ولتاژ توسط رابطه i=C(de/dt) بیان می شود. این رابطه به ما میگوید که جریان متناسب با تغییرات ولتاژ نسبت به زمان شارش می یابد. بنابراین هنگامی که کلید بسته می شود، خازن بین رساناها در برابر تغییر ناگهانی ولتاژ، با شارژ شدن و جریان کشیدن از منبع عکس العمل نشان می دهد. بنابر این معادله، افزایش ناگهانی در ولتاژ ورودی موجب ایجاد یک جریان شارژ کننده بینهایت می شود.
با این وجود جریانی که توسط دو کابل موازی کشیده می شود، بینهایت نخواهد بود زیرا در مسیر جریان امپدانس های سری ای به خاطر خاصیت سلفی ایجاد خواهد شد. به خاطر بیاورید که جریان شارشی در طول هر رسانا، میدان مغناطیسی متناسبی ایجاد خواهد کرد.
انرژی ذخیره شده در میدان مغناطیسی نیز با تغییر جریان مخالفت می کند. هر کابل به هنگام عبور جریان شارژ کننده خازن ها، تولید میدان مغناطیسی کرده و باعث افت ولتاژ بر طبق رابطه e=L(di/dt( می شود. این افت ولتاژ باعث محدود شدن نرخ تغییرات ولتاژ بر روی خازن ها شده و در نهایت از رسیدن به جریان بینهایت جلوگیری می کند.
چون الکترون ها با سرعتی نزدیک به سرعت نور طول هر دو کابل را طی کرده، جبهه موج تغییرات ولتاژ و جریان به صورت هم زمان طول خط انتقال را می پیماید. این امر سبب می شود که جبهه موج به صورت نشان داده شده در شکل به سلف ها و خازن ها برسد.
کلید بسته می شود.
انتشار موج آغاز می شود.
ادامه انتشار موج در طول خط انتقال
امپدانس در مهندسی مایکروویو
در مهندسی مایکروویو از ایده امپدانس به روش های متفاوتی استفاده می شود، بنابراین مفید خواهد بود که مباحث مهم مطرح شده را در اینجا خلاصه نویسی کنیم.
امپدانس ذاتی:
این امپدانس تنها به ویژگی های مواد موجود در محیط بستگی داشته و برای امواج صفحه ای برابر با امپدانس موج است.
امپدانس موج:
این امپدانس مشخصه ای از یک نوع خاص امواج الکترومغناطیسی است. امواج TEM، TM و TE دارای امپدانس های موج متفاوتی هستند. که این امپدانس به نوع خط انتقال، مواد و فرکانس کاری بستگی دارد.
امپدانس مشخصه:
امپدانس مشخصه برای امواج منتشر شده در یک خط انتقال برابر با نسبت ولتاژ و جریان القا شده است. چون ولتاژ و جریان برای امواج TEM به صورت منحصر به فرد تعیین می شود، امپدانس مشخصه امواج TEM مشخص است. امواج TM و TE، به هر حال، دارای ولتاژ و جریان تعریف شده مشخصی نیستند، بنابراین امپدانس مشخصه برای این امواج به روش های متفاوتی تعریف می شود.