Smith圆图设计报告

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1、摘要：本软件是一款基于MATLAB7.10.0开发的Smith圆图图形界面设计软件。操作简单，功能健全，图示清晰。适合初学微波技术的学生理解Smith圆图。关键词：Matlab，史密斯圆图，传输线Abstract:ThissoftwareisappliedonSmithChartdrawingwhichisdevelopedonMatlab7.10.0.Thissoftwareiseasyoperating，ithascomprehensivefunctionanddistinctdiagrams.It

2、’ssuitableforbeginnersinmicrowavetechnologytounderstandKeywords:MatlabSmithChartTransmissionLine上海交通大学电子信息与电气工程学院地址：东川路800号邮编：200240目次1.Smith圆图22.设计概述33.软件模块说明43.1图形显示模块：43.2阻抗变换器模块53.3支节调匹配模块63.4负载阻抗设置与传输线参数显示64.开发工具和运行环境84.1软件开发工具84.2软件运行环境85.致谢96.参考资料

3、10第10页上海交通大学电子信息与电气工程学院1.Smith圆图　史密斯圆图(Smithchart)是一款用于电机与电子工程学的图表，主要用于传输线的阻抗匹配上。在复平面上采用双线性变换。该图表是由菲利普·史密斯(PhillipSmith)于1939年发明，当时他在美国的RCA公司工作。史密斯也许不是图表的第一位发明者，一位名为Kurakawa的日本工程师声称早于其一年发明了这种图表。史密斯曾说过，“在我能够使用计算尺的时候，我对以图表方式来表达数学上的关联很有兴趣。”图1.史密斯圆图　Smith圆图的

4、基本在于以下的算式:  当中的Γ代表其线路的反射系数(reflectioncoefficient)，即S-parameter里的S11，zL是归一负载值，即ZL / Z0。当中，　　ZL是电路的负载值，Z0是传输线的特性阻抗值，通常会使用50Ω。图表中的圆形线代表电阻抗力的实数值，即电阻值，中间的横线与向上和向下散出的线则代表电阻抗力的虚数值，即由电容或电感在高频下所产生的阻力，当中向上的是正数，向下的是负数。图表最中间的点(1+j0)代表一个已匹配(matched)的电阻数值(ZL)，同时其反射系数的

5、值会是零。图表的边缘代表其反射系数的长度是1，即100%反射。在图边的数字代表反射系数的角度(0-180度)和波长(由零至半个波长)。有一些图表是以导纳值(admittance)来表示，把上述的阻抗值版本旋转180度即可。对于就读电磁学及微波电子学的学生来说，Smith圆图在解决课本问题很实用，是重要的教学用具，学术论文里量度仪器的结果也常以Smith圆图表示。Smith圆图主要用于以下几类计算：①由归一化阻抗求电压反射系数和电压驻波系数以及相应的电长度等，这类问题可由反射系数模块解决；②单支节匹配等微

6、波网络匹配设计及微波元器件设计计算等由单支节匹配模块实现；③由负载阻抗根据移动的电长度计算输入阻抗、导纳或逆运算，计算微波传输线上Umax和Umin的位置等，这些问题可由输入阻抗计算模块解决。第10页上海交通大学电子信息与电气工程学院1.设计概述2.1.设计原理Smith圆图由等主波系数圆、电阻圆、电导圆、电抗圆和电纳圆组成。其具体的使用方法已在课本中有详细的介绍不再累述。本软件的设计思想参见Smith.m文件代码及注释2.2.界面概览本软件通过MATLABGUI编译，以图形界面控制和选择的方式，向使用

7、者展示Smith圆图在工程中的运用。本程序提供了电压、电流、阻抗图。并提供了阻抗变换器，单、双支节调配器。本软件适合学习微波技术的学生生动的学习微波技术这门课，也适合工程人员在工程中进行应用。本软件界面如下：图2.软件界面第10页上海交通大学电子信息与电气工程学院1.软件模块说明1.1图形显示模块：本软件全面的图像显示模块，给使用者提供了直观的印象。如图3，红色线为等反射系数圆族，绿色线为等归一化电阻圆族，蓝色线为等归一化电抗圆族。图3：Smith圆图本软件在电压和电阻显示模块中加入网格线，便于使用者方

8、便的读出电压和电流值。通过移动显示模块，可找到据负载任意点长度的电压、电流阻抗值。如图：图:4：电压波形图5：电流波形第10页上海交通大学电子信息与电气工程学院图6：电压和电流波形图7：阻抗波形图8：距离负载的移动另外，本软件支持动态波形的显示，更有利于直观地展示其物理模型图9.动态波形1.1阻抗变换器模块用于显示接入λ/4波长阻抗变换器调整后，传输线参数的变化。第10页上海交通大学电子信息与电气工程学院图10.接入λ/4阻抗变换器后传输线