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这可能是我们最后一次学习史密斯圆图!!!!

1年前浏览857
大家好,我是RF小木匠,最近和史密斯圆图杠上了,翻来覆去的说了好多次,今天我们一起来做一下总结。但愿,这是我们最后一次学习史密斯圆图。

下图是一幅标准的史密斯圆图,里面包含了传输线理论的几乎所有知识点。

手绘圆图已经是上个时代的事情,现在很多射频计算仿真工具都继承了圆图,很多测试仪器上也直接带着圆图功能,我们不仅能够利用仿真软件快速模拟匹配电路的性能,也可以在debug中直接利用圆图查看匹配电路的性能。

通过之前文章的学习,我们知道史密斯圆图是由等电阻圆、等电导圆,等电抗圆,等电纳圆组合到一起构成的。但是忽略了一个最基本的圆——等反射系数

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史密斯圆图之所以为圆,最重要的就是这个等反射系数圆。史密斯圆图就是基于反射系数Γ的极坐标值构成的。它的最外围的那个圈圈就是电压反射系数Γ=1的值,而在任何一个无源系统中,电压反射系数Γ都小于等于1.

|Γ| 就是史密斯圆图的半径,而θ就是反射系数的夹角。


而电压反射系数Γ就直接反映了阻抗之间的关系。

为了更具有普遍性,我们把阻抗ZL对Z0归一化,归一化之后,我们就不用管Z0到底是50欧姆还是75欧姆亦或者是其他任意阻抗。这个史密斯圆图都适用。这样电压反射系数Γ就可以简化为:

我们为了在反射系数的极坐标下找到阻抗的坐标,首先要把反射系数和阻抗的关系变个位置。

然后把反射系数Γ换成复数形式。

剩下就是一堆推导了:


数学终于派上用场了,一顿操作猛如虎,终于把阻抗的实部和虚部和反射系数的实部和虚部的关系找到了。

看上面的关系式,仍然一头雾水,那就接着一顿数学变换,发现原来这两个在反射系数的坐标中也是一个圆。我们直接搬讲义上的推导过程。不要为我为什么不自己推导?我早就还给高中英语老师了。

推导过程:


两个标准的圆方程就出来了。

电阻圆方程:

圆心为:

半径为:


电抗圆方程:

圆心为:

半径为:



和我们上文的等反射系数圆叠加到一起就是:

反射系数最大等于1,那么反射系数之外的圆也就没什么意义了,忽略到那些落在 反射系数等于1 的圆 之外的电抗曲线,就是下面这个阻抗圆图了。

同样的操作,我们用导纳来表示阻抗,就可以得到下面这个导纳圆图。

有趣的是,人们还弄出了一个3D的圆图,我们一起欣赏一下,并且推出了学生免费版,有兴趣的同学也可以尝试一下。下次我们一起学一下这个3D版本的。

网址:http://www.3dsmithchart.com/



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来源:射频学堂
电路理论
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首次发布时间:2023-05-24
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硕士 学射频,就来射频学堂。
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