Smith圆图是由史密斯(Smith)创立的以映射原理为基础的图解方法。Smith圆图的提出主要是为了简化反射系数的计算,本文主要介绍我自己对Smith圆图形成过程的理解、如何根据Smith圆图读取数据以及电路发生改变后Smith圆图相应会做出哪些变化。

一、Smith圆图的形成过程

首先从反射系数进行说明,反射系数描述了特征阻抗 Z 0 Z_0 Z0和负载阻抗 Z L Z_L ZL之间的失配程度,具体表达式如下。
Γ 0 = Z L − Z 0 Z L + Z 0 Γ_0 = \frac{Z_L-Z_0}{Z_L+Z_0} Γ0=ZL+Z0ZLZ0
其中 Z L = R + j X Z_L = R + jX ZL=R+jX
在进行射频通信时,我们往往希望传输线传输距离远并且传输功率足够大,同时也希望传输线的损耗足够小。贝尔实验室做了很多实验,最终发现符合这种大功率传输的传输线,其特征阻抗分别是30欧姆和77欧姆。其中30欧姆的传输线可以传输的功率是最大的,77欧姆的传输线传输信号的损耗是最小的。为了二者兼顾,通常传输线的特征阻抗选为50Ω。
所以 Γ 0 = Z L − Z 0 Z L + Z 0 = Z L − 50 Z L + 50 Γ_0 = \frac{Z_L-Z_0}{Z_L+Z_0} = \frac{Z_L-50}{Z_L+50} Γ0=ZL+Z0ZLZ0=ZL+50ZL50
进行归一化处理
Γ 0 = r + j x − 1 r + j x + 1 Γ_0 = \frac{r + jx - 1}{r + jx + 1} Γ0=r+jx+1r+jx1
其中 r = R 50 r = \frac{R}{50} r=50R x = X 50 x = \frac{X}{50} x=50X
做如图1所示"复平面"。
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图1
此时令纵坐标发生弯曲,可得图2.
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图2
图2中右边的圆便是史密斯圆图的一个雏形。再加入两条电抗线并弯曲则有有图3。
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图3
以上就是Smith圆图的形成过程。
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上图为一个完整的Smith阻抗导纳圆图。图中除了上述在阻抗复平面中由直线弯曲而成的圆,还有在导纳复平面中由直线弯曲而成的圆共同构成了阻抗导纳圆图。

二、Smith圆图知识点

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阻抗在Smith圆图中的变化轨迹
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通过Smith圆图读出SWR:
1.在史密斯图上绘制出归一化负载阻抗点;
2.以圆心到归一化负载阻抗点的距离为半径做等驻波系数圆;
3.在圆与实轴的负半轴相交的地方向下引出直线,在Smith圆图下侧SWR轴上读取VSWR的值。

通过Smith圆图读出Γ
1.在史密斯图上绘制出归一化负载阻抗点;
2.以圆心到归一化负载阻抗点的距离为半径做等驻波系数圆;
3.在圆与实轴的负半轴相交的地方向下引出直线,在Smith圆图下侧|Γ|轴上读取Γ的模值。
4.从Smith圆图的圆心到归一化负载阻抗点做连线,并延长,在单位圆的外围可以读出相位角度,由此可以读出Γ的值。

总结

本文粗略的讲述了一些对Smith圆图的理解和Smith圆图的一些知识点,还有很多内容有待更新。

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