史密斯圆图及软件在RF设计中的应用

《史密斯圆图及软件在RF设计中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第34卷第4期江汉大学学报(自然科学版)Vol.34No.42006年12月JournalofJianghanUniversity(NaturalSciences)Dec.,2006史密斯圆图及软件在RF设计中的应用胡小波，肖运虹（江汉大学物理与信息工程学院，武汉430056）摘要：对史密斯圆图进行了分析与研究，找出了其内在规律，并结合当今流行的史密斯圆软件，以简单的实例闸述了史密斯圆图在RF领域的设计与应用，为RF电路的参数设计与测量提供了一个途径．关键词：史密斯圆图；反射系数；阻抗匹配中图分类号：

2、TM934.74文献标识码：A文章编号：1673-0143200604-0034-03负载端电压反射系数为0引言Z1j=LL=Le=r+ji.(3)Z+1史密斯圆图是求解均匀传输线有关阻抗计算将（3）式代入（2）式并令其实部和虚部相和阻抗匹配问题的一类曲线坐标图，图上有两组等得两个独立关系式：坐标线，即归一化阻抗或导纳的实部和虚部的等221ri值线簇与反射系数的模和辐角的等值线簇．所有r=122,(4)r+i这些等值线都是圆或圆孤，故称其为阻抗圆图或2ix=22.(5)1r+i导纳圆图，将它们重叠在一

3、起构成了史密斯圆将（4）式变形、平方项展开、移项、合并图．为了更好地发挥史密斯圆图在RF领域的作同类项、配方并写成圆的标准方程形式用，瑞士的F.Dellsperger教授把它制作成了史密r2212斯圆图软件．该软件避开了大量而复杂的人工计r+i=.(6)1+r1+r算,通过交互式界面进行原理图编辑与设计、参r（6）式即为归一化的等电阻圆，它是以,01+r数计算、各种电路的自动匹配、电路计算机模拟1为圆心，为半径的圆，且所有的圆都相交于仿真与分析，而且还将各种匹配电路、衰减器、1+r点（1，0）．滤波器

4、等RF常用的电路模块以设计助手的形式将（5）式变形、配方并写成圆的标准形式嵌入到该软件中，只要通过计算机的键盘输入设21212计参数，该软件即可计算出所需元件的参数值、r1+i=.(7)xx绘出原理图并进行计算机模拟仿真分析．本文通1（7）式即为归一化的等电抗圆，它是以1,x过一个简单的阻抗匹配电路的实例，阐述了利用1为圆心，为半径的圆，所有的圆都相交于点史密斯圆图软件进行RF电路设计的方法．x（1，0），且其圆心都在x=1垂直x轴的直线上．1史密斯圆图的原理由于等电阻圆图和等电抗圆图都交于点1,0,

5、根据传输线理论，可在同一个坐标中将等电阻圆图和等电抗圆图重负载阻抗为叠起来，这样就形成了史密斯圆图(图1)．+ULU+UZL=IZ0+.(1)2史密斯圆图软件在RF设计中的应用LUU归一化负载阻抗为史密斯圆图软件程序小、功能强大、界面友ZL1+LZ=ZL===r+jx.(2)好，将它应用于RF电路的设计非常方便、快捷，Z01L收稿日期：2006－05－15作者简介：胡小波(1970)，男，湖北武汉人，实验师，主要从事电工电子的实验与教学．2006年第4期胡小波等：史密斯圆图及软件在RF设计中的应用35

6、+jx－jbr=0r=g=g=0jx+jb图1史密斯圆图它简化了大量而复杂的人工计算，以图形方式进图2型高通阻抗变换器的设计界面行原理图编辑与设计，并能对RF电路的各种参择史密斯圆图，则该软件立即显示该例中阻抗变数进行自动计算、自动匹配、计算机模拟仿真与换器利用史密斯圆图进行自动匹配情况(图3)．分析，而且还将匹配电路、衰减器、滤波器等RF常用的电路模块以设计助手的形式嵌入到该软件中，只要通过计算机的键盘输入设计参数，该软件立即计算出所需元件的参数值、绘出原理图并进行计算机模拟仿真与分析．下面通过一个

7、简单的阻抗变换器的设计实例阐述史密斯圆图软件在RF电路设计中的应用．实例设计一个工作频为100MHz，带宽为40MHz的50~75的型高通阻抗变换器．图3利用史密斯圆图进行自动匹配如果按传统的方法设计，则必须通过大量而复杂的计算求出负载的Q值、输入阻抗Rs、输步骤3：选择仿真波形功能，则显示出计算出阻抗RL、RH等参数，然后根据所选择的电路机模拟仿真后的输出波形（图4），从该波形图中形式计算出电路所用元件值，绘出原理图．在这很容易看出，该阻抗变换器的传输系统S21在低个设计过程中有大量复杂的计算．而借

8、助史密斯频端衰减很大，在高频端衰减很小，与该例中圆图软件来设计则避开了各种电路参数和元件值“高通”特性十分吻合．的复杂计算.软件能自动计算出电路的参数值和所需的元件值，自动绘出原理图，并对原理图进行模拟仿真与分析，以直观的图形方式来显示自已的设计能否达到例题的各项要求．下面利用史密斯圆图软件对该题进行设计．步骤1：打开史密斯圆图软件，进入该软件的设计界面，点击匹配电路设计助手，将会出现图2所示的界面，在界面的匹配电路的拓扑结构中选择“型高通”，将工作频1