史密斯圆图（Smith Chart）：射频工程中的巧夺天工工具

史密斯圆图（Smith Chart）：射频工程中的巧夺天工工具

引用

与非网

1.

https://rf.eefocus.com/article/id-337768

当涉及到射频领域时，我们不得不提到这个巧夺天工的工具。史密斯圆图（Smith Chart）是一种以映射原理为基础的图解方法，用于分析和设计射频电路。它的应用广泛，从阻抗匹配到电路调试，再到滤波器的优化，都离不开这个神奇的圆形图。

史密斯圆图的形成过程

1. 反射系数和特征阻抗：首先，我们需要理解反射系数。反射系数描述了特征阻抗 (Z_0) 和负载阻抗 (Z_L) 之间的失配程度。具体表达式如下：

[ \Gamma_0 = \frac{Z_L + Z_0}{Z_L - Z_0} ]

在射频通信中，我们希望传输线的传输距离远，传输功率足够大，同时传输线的损耗要尽量小。为了兼顾这些需求，通常传输线的特征阻抗选为50Ω。这样，反射系数可以归一化为：

[ \Gamma_0 = \frac{r + jx + 1}{r + jx - 1} ]

其中 (r = 50R) 且 (x = 50X)。

2. 构建Smith圆图：从归一化的阻抗复平面出发，我们可以形成Smith圆图的雏形。加入两条电抗线并弯曲，就得到了完整的Smith圆图。这个图包含了在阻抗复平面中由直线弯曲而成的圆，以及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。

Smith圆图的知识点

• 阻抗变化轨迹：通过Smith圆图，我们可以读出驻波比（SWR）和反射系数（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SWR轴上读取VSWR的值。
  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。

• 史密斯圆图的应用：史密斯圆图在射频工程中非常重要。它帮助我们理解电路的特性，进行阻抗匹配、电路调试和滤波器优化。无论是初学者还是专业人员，都应该掌握这个神奇的工具。

总之，史密斯圆图是射频工程中的一把利器，它让电路设计变得简单而直观。如果你想深入了解更多关于史密斯圆图的知识，欢迎继续探索！