Smita diagramma un tās izmantošana

Lai radiofrekvenču ierīcēs nodrošinātu efektīvu signālu pārvadi ar minimāliem zudumiem, lai izvairītos no stāvviļņu veidošanās, atstarošanās, tiek izmantota Smita diagramma, ar kuras palīdzību tiek veikta impedances jeb pilnās pretestības salāgošana, piemēram, starp slodzi un signāla avotu.

Smita diagramma tiek izmantota, lai grafiskā veidā attēlotu gan aktīvo, gan reaktīvo pretestību pie dažādām signāla frekvencēm, sniedzot informāciju par stāvviļņu un atstarošanās koeficientiem, vadītspēju. Kad pilnā pretestība starp slodzi un avotu ir salāgota, atstarošanās koeficients ir vienāds ar nulli, kas nozīmē to, ka stāvviļņa koeficients ir vienāds ar 1 (skatīt zemāk), protams, pilnās pretestības reaktīvā daļa ir vienāda ar nulli, bet aktīvā pretestība parasti ir vienāda ar 50 Ω, kas nozīmē, ka punkts atrodas Smita diagrammas centrā. 

Smita diagrammas centrā vērtība ir 1, kas atbilst 50 Ω vērtībai, jo vērtība ir normalizēta.

1.1.att. Uztvērēja elektriskā principiālā shēma

Piemēram, Si4362 uztvērēja integrālajā shēmā ir iebūvēts maztrokšņojošs pastiprinātājs (LNA – low-noise amplifier). Tā kā ražotāja datu lapā ir teikts, ka maztrokšņojošā pastiprinātāja ieejas daļu ir nepieciešams salāgot, tad, balstoties uz ražotāja vadlīnijām, tika veikta ieejas salāgošana, izmantojot Smita diagrammas rīku.

Pirmajā solī tika noteikta LNA ieejas pretestība (542 Ω) un kapacitāte (1,01 pF) pie 144 MHz, izmantojot datu lapā pieejamo informāciju (skatīt zemāk redzamo tabulu).

1.2.att. Ieejas paralēlās pretestības un kapacitātes pie dažādām frekvencēm


Tālāk, zinot maztrokšņojošā pastiprinātāja ieejas paralēlo pretestību un kapacitāti, vērtības tika atzīmētas Smita diagrammā (skatīt 1.3.att.).


1.3.att. Nesalāgota ieeja 

No 1.3.att. var redzēt, ka pilnās pretestības reaktīvā (imaginārā) daļa ir kapacitīva (atrodas Smita diagrammas apakšējā daļā), tāpēc tālāk nepieciešams paralēli pieslēgt induktivitātes spoli. 

Lai varētu noteikt nepieciešamo induktivitāti, tika izmantota ražotāja datu lapā pieejamā formula, ar kuras palīdzību tika noteikts, ka pirmā no nepieciešamajām induktivitātēm ir 1,223 μH.




1.4.att. Nesalāgota ieeja pēc induktivitātes pievienošanas

Turpinājumā paralēli tika pieslēgta vēl viena induktivitātes spole, kur, izmantojot datu lapā dotās formulas, tika noteikts, ka nepieciešamā induktivitāte ir 191 nH.



1.5.att. Nesalāgota ieeja, kad paralēli pieslēdz 191 nH

Abas induktivitātes spoles veido paralēlo slēgumu, kur kopējā induktivitēte ir 165,2 nH, taču reāli tiek izmantotas divas induktivitātes spoles (160 un 5,5 nH), veidojot elektrisko principiālo shēmu.

No Smita diagrammas var redzēt, ka pēc induktivitētes spoļu pieslēgšanas pilnās pretestības reaktīvā daļa ir kļuvusi induktīva, bet aktīvā pretestība ir vienāda ar 50 Ω.

Lai atbrīvotos no reaktīvās jeb imaginārās daļas, izmantojot datu lapā dotās formulas, tika aprēķināta nepieciešamā virknes kapacitāte, kura ir vienāda ar 7,05 pF.

1.6.att. Salāgota LNA ieejas pilnā pretestība