分析测试百科网

搜索

喜欢作者

微信支付微信支付
×

射频工程师必知必会——史密斯圆图 (一)

2020.10.13
头像

王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

这篇文章盘算了很久,迟迟不敢下笔,对于圆图的巧夺天工实在不敢多语。有人用圆图做阻抗匹配,也有人用圆图做电路调试,甚至还有滤波器的调试。感谢史密斯大神的圆图,让射频设计变得简单——一切逃不开这个⚪。

 

今天我们尝试着再去学习一下这个圆,水平有限,还望海涵。

0-1

上图所示的就是一个完整版的史密斯圆图,它是一种求解传输线问题的辅助工具,它是在 1939 年由 P.Smith 在贝尔实验室工作时开发的。也许有人会有疑问,在计算机和计算机辅助设计如此发达的今天,图形在已经用的很少了。包括我自己也有这样的疑问,我们可以直观的测试得到阻抗曲线,可以利用计算机去模拟优化阻抗匹配。但是如果我们掌握了史密斯圆图的方法,进入⚪内,也许会有更加直观的见解,开发出关于传输线和阻抗匹配问题的直观想象力。

 

初看起来,史密斯圆图似乎很可怕,密密麻麻的小字,到底是什么意思?但理解他的关键它基本上就是电压发射系数的极坐标图。 

 

史密斯圆图又称为阻抗圆图,将归一化等电阻圆,归一化的等电抗圆叠画在反射系数复平面上而形成的。为了使圆图对传输线的特性阻抗具有普遍意义,设计圆图时采用归一化阻抗。归一化阻抗就是阻抗与所接传输线特性阻抗之比,即: 

2

式中的 r(z)和 x(z)分别为归一化电阻和归一化电抗。

 

根据前文的介绍,我们知道归一化阻抗与反射系数之间的关系为: 

3

利用上式就可以做出反应归一化阻抗和反射系数关系的图。首先要建立一个坐标系,用反射系数的实部作为横坐标,虚部作为纵坐标。同时在坐标平面上标明反射系数的模和相角。然后把归一化电阻和归一化电抗的关系曲线画在该坐标系上,这样就建立了阻抗圆图。 

 

1,建立反射系数复平面

4

5

反射系数复平面:

 

横坐标:反射系数的实部 u,

 

纵坐标: 反射系数的虚部 v。 

 

2, 等反射系数圆

(1)所有点均落在单位圆内。

 

(2)沿均匀无耗传输线移动时,反射系数的模保持不 变,只有相角变化,对应到  Γ  平面上就是沿着平面 上的某一圆旋转。

6

(a)向信号源方向移动时,z 增大,反射系数相位滞后,对应在Γ平面上沿某圆顺时针方向旋转;

 

(b)向负载方向移动时,z 减小,反射系数的相位超前,对应在Γ 平面上沿某圆向 逆时针方向旋转;

 

(c)在圆图上标有旋转时对应的波长数。

 

(d)当 z 变化二分之一波长时,反射系数的相位变化 360 度。 

 

3 复平面上的归一化电阻圆和归一化电抗圆

7

89

等电阻圆


互联网
仪器推荐
文章推荐