射频电路理论与设计 第2版 教学课件 作者 黄玉兰 编著 第3章 史密斯圆图.ppt

《射频电路理论与设计 第2版 教学课件 作者 黄玉兰 编著 第3章 史密斯圆图.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、射频电路理论与设计（第2版）第3章史密斯圆图在传输线问题的计算中，经常涉及输入阻抗、负载阻抗、反射系数和驻波系数等量，以及这些量之间的相互关系，这些量利用前面给出的公式进行计算，并不困难，但比较繁琐。为简化计算，P.H.Smith开发了图解方法，可以在一个图中简单、直观地显示传输线上各点阻抗与反射系数的关系，该图解称为史密斯圆图。复平面上反射系数的表示方法3.1史密斯阻抗圆图3.2史密斯导纳圆图3.3史密斯圆图在集总参数元件电路中的应用3.43.1复平面上反射系数的表示方法反射系数可以用以了解传输线上的工作状态。反射系数也描述了负载阻抗与特性阻抗的

2、失配度。史密斯圆图是在反射系数的复平面上建立起来的，为此，首先介绍复平面上反射系数的表示方法。3.1.1反射系数复平面由式（2.28）可知，无耗传输线上距离终端为z′处的反射系数为式（3.1）表明，反射系数是复数，可以在复平面上表示Γ（z′），不同的反射系数Γ（z′）对应复平面上不同的点。在Γ（z′）=Γr+jΓi的复平面上，

3、Γ（z′）

4、由

5、ΓL

6、确定。有

7、ΓL

8、由负载阻抗ZL与特性阻抗Z0的失配度决定。对于均匀无耗传输线，同一条传输线上各点的反射系数Γ（z′）在复平面的同一个圆上，圆的半径由

9、ΓL

10、决定。3.1.2等反射系数圆和电刻度圆1.等反

11、射系数圆式（3.1）表明，在Γ（z′）=Γr+jΓi的复平面上，同一条传输线上各点的反射系数在同一个圆上，这个圆称为等反射系数圆。等反射系数圆的轨迹是以坐标原点为圆心、

12、ΓL

13、为半径的圆。因为0≤

14、ΓL

15、≤1，所以所有传输线的等反射系数圆都位于半径为1的圆内，这个半径为1的圆称为单位反射圆。又因为反射系数的模值与驻波系数一一对应，所以等反射系数圆族又称为等驻波系数圆族。等反射系数圆族有下面3个特点。（1）当等反射系数圆的半径为0，即在坐标原点处时，反射系数的模值

16、ΓL

17、=0，驻波系数ρ=1。所以，反射系数复平面上的坐标原点为匹配点。（2）当等反射系

18、数圆的半径为1时，为单位反射圆，单位反射圆上反射系数的模值

19、ΓL

20、=1，驻波系数ρ=∞。所以，反射系数复平面上的单位反射圆对应着终端开路、终端短路和终端接纯电抗负载时传输线上各点的反射系数。（3）所有等反射系数圆均在单位反射圆内，圆的半径随负载阻抗与特性阻抗失配度的不同而不同，同一条传输线上各点的反射系数在同一个圆上。图3.1等反射系数圆2.电刻度圆可以在单位反射圆的外面画两个同心圆分别标明反射系数相角的变化，其中一个圆用来标明传输线电长度一周变化λ/2；另一个圆用来标明相角一周变化360°。电刻度圆和相角变化的情况如图3.2所示。图3.2反射系数

21、的相角和电刻度圆3.2史密斯阻抗圆图史密斯阻抗圆图用来显示传输线上各点输入阻抗与反射系数的关系。将等电阻圆和等电抗圆画在反射系数的复平面上，就构成了史密斯阻抗圆图。3.2.1归一化阻抗传输线上任意一点的反射系数都与该点的归一化输入阻抗有关，将归一化输入阻抗用归一化电阻和归一化电抗表示。3.2.2等电阻圆和等电抗圆在反射系数的复平面上，归一化电阻为常数的曲线称为等电阻曲线；归一化电抗为常数的曲线称为等电抗曲线。（a）等电阻圆（b）等电抗圆图3.3等电阻圆和等电抗圆3.2.3史密斯阻抗圆图史密斯阻抗圆图由上面圆图的构成可以知道，史密斯阻抗圆图有如下特点

22、。（1）圆图旋转1周为λ/2，而非λ。（2）圆图上有3个特殊的点。●匹配点。坐标为（0，0），此处对应于r=1、x=0、

23、Γ

24、=0、ρ=1。●短路点。坐标为（－1，0），此处对应于r=0、x=0、

25、Γ

26、=1、ρ=∞、φ=180°。●开路点。坐标为（1，0），此处对应于r=∞、x=∞、

27、Γ

28、=1、ρ=∞、φ=0°。（3）圆图上有3条特殊的线。●右半实数轴线。线上x=0、r>1，为电压波腹点的轨迹；线上r的读数也为驻波系数的读数。●左半实数轴线。线上x=0、r<1，为电压波谷点的轨迹；线上r的读数也为行波系数的读数。●单位反射系数圆。线上r=0，为纯电

29、抗轨迹，反射系数的模值为1。（4）圆图上有2个特殊的面。●实轴以上的上半平面是感性阻抗的轨迹。●实轴以下的下半平面是容性阻抗的轨迹。（5）圆图上有2个旋转方向。●传输线上的点向电源方向移动时，在圆图上沿等反射系数圆顺时针旋转。●传输线上的点向负载方向移动时，在圆图上沿等反射系数圆逆时针旋转。（6）由圆图上的点可以得到4个参量，其为r、x、

30、Γ

31、、φ。3.2.4史密斯阻抗圆图的应用1.负载的阻抗变换对射频电路设计来说，经常需要确定电路的阻抗响应。没有对阻抗性质的详细了解，就不能恰当地预言射频系统的性能。用史密斯阻抗圆图可以计算输入阻抗。2.反射系数和

32、驻波系数的计算使用圆图可以求出驻波系数和反射系数。过zL点的等反射系数圆与圆图右半实数轴交点的归一化电阻读数即为驻波系数。