阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图_基本原理

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Keywords: smith chart, RF, impedance matching, transmission line Mar 23, 2001 APPLICATION NOTE 742

Impedance Matching and the Smith Chart: The Fundamentals

Abstract: Tutorial on RF impedance matching using the Smith Chart. Examples are shown plotting reflection coefficients, impedances and admittances. A sample matching network is designed at 60 MHz using graphical methods.

Tried and true, the Smith chart is still the basic tool for determining transmission-line impedances.

When dealing with the practical implementation of RF applications, there are always some nightmarish tasks. One is the need to match the different impedances of the interconnected blocks. Typically these include the antenna to the low-noise amplifier (LNA), power-amplifier output (RFOUT) to the antenna, and LNA/VCO output to mixer inputs. The matching task is required for a proper transfer of signal and energy from a "source" to a "load."

At high radio frequencies, the spurious elements (like wire inductances, interlayer capacitances, and conductor resistances) have a significant yet unpredictable impact on the matching network. Above a few tens of megahertz, theoretical calculations and simulations are often insufficient. In-situ RF lab measurements, along with tuning work, have to be considered for determining the proper final values. The computational values are required to set up the type of structure and target component values.

There are many ways to do impedance matching, including:

q Computer simulations: Complex to use, as such simulators are dedicated to differing design functions and not to impedance matching. Designers have to be familiar with the multiple data inputs that need to be entered and the correct formats. They also need the expertise to find the useful data among the tons of results coming out. In addition, circuit-simulation software is not pre-installed on computers, unless they are dedicated to such an application.

q Manual computations: Tedious due to the length ("kilometric") of the equations and the complex nature of the numbers to be manipulated.

q Instinct: This can be acquired only after one has devoted many years to the RF industry. In short, this is for the super-specialist.

q Smith chart: Upon which this article concentrates.

The primary objectives of this article are to review the Smith chart's construction and background, and to summarize the practical ways it is used. Topics addressed include practical illustrations of parameters, such as finding matching network component values. Of course, matching for maximum power transfer is not the only thing we can do with Smith charts. They can also help the designer with such tasks as optimizing for the best noise figures, ensuring quality factor impact, and assessing stability analysis.

Figure 1. Fundamentals of impedance and the Smith chart.

A Quick Primer

Before introducing the Smith chart utilities, it would be prudent to present a short refresher on wave propagation phenomenon for IC wiring under RF conditions (above 100MHz). This can be valid for contingencies such as RS-485 lines, between a PA and an antenna, between an LNA and a downconverter/mixer, and so forth.

It is well known that, to get the maximum power transfer from a source to a load, the source impedance must equal the complex conjugate of the load impedance, or:

R s + jX s = R L - jX L

Figure 2. Diagram of R s + jX s = R L - jX L.

For this condition, the energy transferred from the source to the load is maximized. In addition, for efficient power transfer, this condition is required to avoid the reflection of energy from the load back to the source. This is particularly true for high-frequency environments like video lines and RF and microwave networks.

What It Is

A Smith chart is a circular plot with a lot of interlaced circles on it. When used correctly, matching impedances, with apparent complicated structures, can be made without any computation. The only effort required is the

reading and following of values along the circles.

The Smith chart is a polar plot of the complex reflection coefficient (also called gamma and symbolized by Γ). Or, it is defined mathematically as the 1-port scattering parameter s or s11.

A Smith chart is developed by examining the load where the impedance must be matched. Instead of considering its impedance directly, you express its reflection coefficient ΓL, which is used to characterize a load (such as admittance, gain, and transconductance). The ΓL is more useful when dealing with RF frequencies.

We know the reflection coefficient is defined as the ratio between the reflected voltage wave and the incident voltage wave:

Figure 3. Impedance at the load.

The amount of reflected signal from the load is dependent on the degree of mismatch between the source impedance and the load impedance. Its expression has been defined as follows:

Because the impedances are complex numbers, the reflection coefficient will be a complex number as well.

In order to reduce the number of unknown parameters, it is useful to freeze the ones that appear often and are common in the application. Here Z o (the characteristic impedance) is often a constant and a real industry normalized value, such as 50?, 75?, 100?, and 600?. We can then define a normalized load impedance by:

With this simplification, we can rewrite the reflection coefficient formula as:

Here we can see the direct relationship between the load impedance and its reflection coefficient. Unfortunately, the complex nature of the relation is not useful practically, so we can use the Smith chart as a type of graphical representation of the above equation.

To build the chart, the equation must be rewritten to extract standard geometrical figures (like circles or stray lines).

First, equation 2.3 is reversed to give

and

By setting the real parts and the imaginary parts of equation 2.5 equal, we obtain two independent, new relationships:

Equation 2.6 is then manipulated by developing equations 2.8 through 2.13 into the final equation, 2.14. This equation is a relationship in the form of a parametric equation (x-a)2 + (y-b)2 = R2 in the complex plane (Γr, Γi) of a circle centered at the coordinates (r/r+1, 0) and having a radius of 1/1+r.

See Figure 4a for further details.

Figure 4a. The points situated on a circle are all the impedances characterized by a same real impedance part value. For example, the circle, r = 1, is centered at the coordinates (0.5, 0) and has a radius of 0.5. It includes the point (0, 0), which is the reflection zero point (the load is matched with the characteristic impedance). A short circuit, as a load, presents a circle centered at the coordinate (0, 0) and has a radius of 1. For an open-circuit load, the circle degenerates to a single point (centered at 1, 0 and with a radius of 0). This corresponds to a maximum reflection coefficient of 1, at which the entire incident wave is reflected totally.

When developing the Smith chart, there are certain precautions that should be noted. These are among the most important:

q All the circles have one same, unique intersecting point at the coordinate (1, 0).

q The zero ? circle where there is no resistance (r = 0) is the largest one.

q The infinite resistor circle is reduced to one point at (1, 0).

q There should be no negative resistance. If one (or more) should occur, we will be faced with the possibility of oscillatory conditions.

q Another resistance value can be chosen by simply selecting another circle corresponding to the new value.

Back to the Drawing Board

Moving on, we use equations 2.15 through 2.18 to further develop equation 2.7 into another parametric equation. This results in equation 2.19.

Again, 2.19 is a parametric equation of the type (x-a)2 + (y-b)2 = R2 in the complex plane (Γr, Γi) of a circle centered at the coordinates (1, 1/x) and having a radius of 1/x.

See Figure 4b for further details.

Figure 4b. The points situated on a circle are all the impedances characterized by a same imaginary impedance part value x. For example, the circle x = 1 is centered at coordinate (1, 1) and has a radius of 1. All circles (constant x) include the point (1, 0). Differing with the real part circles, x can be positive or negative. This explains the duplicate mirrored circles at the bottom side of the complex plane. All the circle centers are placed on the vertical axis, intersecting the point 1.

Get the Picture?

To complete our Smith chart, we superimpose the two circles' families. It can then be seen that all of the circles of one family will intersect all of the circles of the other family. Knowing the impedance, in the form of r + jx, the corresponding reflection coefficient can be determined. It is only necessary to find the intersection point of the two circles corresponding to the values r and x.

It's Reciprocating Too

The reverse operation is also possible. Knowing the reflection coefficient, find the two circles intersecting at that point and read the corresponding values r and x on the circles. The procedure for this is as follows:

q Determine the impedance as a spot on the Smith chart.

q Find the reflection coefficient (Γ) for the impedance.

q Having the characteristic impedance and Γ, find the impedance.

q Convert the impedance to admittance.

q Find the equivalent impedance.

q Find the component values for the wanted reflection coefficient (in particular the elements of a matching network, see Figure 7).

? termination and the following impedances: ?Z3 = j200?Z4 = 150?

Z7 = 50?Z8 = 184 -j900?

). The points are plotted as follows:

4 = 3

8 = 3.68 -j18S

It is now possible to directly extract the reflection coefficient Γ on the Smith chart of Figure 5. Once the impedance point is plotted (the intersection point of a constant resistance circle and of a constant reactance circle), simply read the rectangular coordinates projection on the horizontal and vertical axis. This will give Γr, the real part of the reflection coefficient, and Γi, the imaginary part of the reflection coefficient (see Figure 6). It is also possible to take the eight cases presented in the example and extract their corresponding Γ directly from the Smith chart of Figure 6. The numbers are

Γ1 = 0.4 + 0.2jΓ2 = 0.51 - 0.4jΓ3 = 0.875 + 0.48jΓ4 = 0.5

Γ5 = 1Γ6 = -1Γ7 = 0Γ8 = 0.96 - 0.1j

Figure 6. Direct extraction of the reflected coefficient Γ, real and imaginary along the X-Y axis.

Working with Admittance

The Smith chart is built by considering impedance (resistor and reactance). Once the Smith chart is built, it can be used to analyze these parameters in both the series and parallel worlds. Adding elements in a series is straightforward. New elements can be added and their effects determined by simply moving along the circle to their respective values. However, summing elements in parallel is another matter. This requires considering additional parameters. Often it is easier to work with parallel elements in the admittance world.

We know that, by definition, Y = 1/Z and Z = 1/Y. The admittance is expressed in mhos or ?-1 (in earlier times it was expressed as Siemens or S). And, as Z is complex, Y must also be complex.

Therefore, Y = G + jB (2.20), where G is called "conductance" and B the "susceptance" of the element. It's important to exercise caution, though. By following the logical assumption, we can conclude that G = 1/R and B = 1/X. This, however, is not the case. If this assumption is used, the results will be incorrect.

When working with admittance, the first thing that we must do is normalize y = Y/Y o. This results in y = g + jb. So, what happens to the reflection coefficient? By working through the following:

It turns out that the expression for G is the opposite, in sign, of z, and Γ(y) = -Γ(z).

If we know z, we can invert the signs of Γ and find a point situated at the same distance from (0, 0), but in the opposite direction. This same result can be obtained by rotating an angle 180° around the center point (see Figure 7).

Figure 7. Results of the 180° rotation.

Of course, while Z and 1/Z do represent the same component, the new point appears as a different impedance (the new value has a different point in the Smith chart and a different reflection value, and so forth). This occurs because the plot is an impedance plot. But the new point is, in fact, an admittance. Therefore, the value read on the chart has to be read as mhos.

Although this method is sufficient for making conversions, it doesn't work for determining circuit resolution when dealing with elements in parallel.

The Admittance Smith Chart

In the previous discussion, we saw that every point on the impedance Smith chart can be converted into its admittance counterpart by taking a 180° rotation around the origin of the Γ complex plane. Thus, an admittance Smith chart can be obtained by rotating the whole impedance Smith chart by 180°. This is extremely convenient, as it eliminates the necessity of building another chart. The intersecting point of all the circles (constant conductances and constant susceptances) is at the point (-1, 0) automatically. With that plot, adding elements in parallel also becomes easier. Mathematically, the construction of the admittance Smith chart is created by:

then, reversing the equation:

Next, by setting the real and the imaginary parts of equation 3.3 equal, we obtain two new, independent relationships:

By developing equation 3.4, we get the following:

which again is a parametric equation of the type (x-a)2 + (y-b)2 = R2 (equation 3.12) in the complex plane (Γr, Γi) of a circle with its coordinates centered at (-g/g+1 , 0) and having a radius of 1/(1+g).

Furthermore, by developing equation 3.5, we show that:

which is again a parametric equation of the type (x-a)2 + (y-b)2 = R2 (equation 3.17).

Equivalent Impedance Resolution

When solving problems where elements in series and in parallel are mixed together, we can use the same Smith chart and rotate it around any point where conversions from z to y or y to z exist.

Let's consider the network of Figure 8 (the elements are normalized with Z o = 50?). The series reactance (x) is positive for inductance and negative for capacitance. The susceptance (b) is positive for capacitance and negative for inductance.

Figure 8. A multi-element circuit.

The circuit needs to be simplified (see Figure 9). Starting at the right side, where there is a resistor and an inductor with a value of 1, we plot a series point where the r circle = 1 and the l circle = 1. This becomes point A. As the next element is an element in shunt (parallel), we switch to the admittance Smith chart (by rotating the whole plane 180°). To do this, however, we need to convert the previous point into admittance. This becomes A'. We then rotate the plane by 180°. We are now in the admittance mode. The shunt element can be added by going along the conductance circle by a distance corresponding to 0.3. This must be done in a counterclockwise direction (negative value) and gives point B. Then we have another series element. We again switch back to the impedance Smith chart.

Figure 9. The network of Figure 8 with its elements broken out for analysis.

Before doing this, it is again necessary to reconvert the previous point into impedance (it was an admittance). After the conversion, we can determine B'. Using the previously established routine, the chart is again rotated 180° to get back to the impedance mode. The series element is added by following along the resistance circle by a distance corresponding to 1.4 and marking point C. This needs to be done counterclockwise (negative value). For the next element, the same operation is performed (conversion into admittance and plane rotation). Then move the prescribed distance (1.1), in a clockwise direction (because the value is positive), along the constant conductance circle. We mark this as D. Finally, we reconvert back to impedance mode and add the last element (the series inductor). We then determine the required value, z, located at the intersection of resistor circle 0.2 and reactance circle 0.5. Thus, z is determined to be 0.2 +j0.5. If the system characteristic impedance is 50?, then Z = 10 + j25? (see Figure 10).

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Figure 10. The network elements plotted on the Smith chart.

Matching Impedances by Steps

Another function of the Smith chart is the ability to determine impedance matching. This is the reverse operation of finding the equivalent impedance of a given network. Here, the impedances are fixed at the two access ends (often the source and the load), as shown in Figure 12. The objective is to design a network to insert between them so that proper impedance matching occurs.

Figure 11. The representative circuit with known impedances and unknown components.

At first glance, it appears that it is no more difficult than finding equivalent impedance. But the problem is that an infinite number of matching network component combinations can exist that create similar results. And other inputs may need to be considered as well (such as filter type structure, quality factor, and limited choice of components).

The approach chosen to accomplish this calls for adding series and shunt elements on the Smith chart until the desired impedance is achieved. Graphically, it appears as finding a way to link the points on the Smith chart. Again, the best method to illustrate the approach is to address the requirement as an example.

The objective is to match a source impedance (Z S) to a load (Z L) at the working frequency of 60MHz (see Figure 12). The network structure has been fixed as a lowpass, L type (an alternative approach is to view the problem as how to force the load to appear as an impedance of value = Z S, a complex conjugate of Z S). Here is how the solution is found.

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Figure 12. The network of Figure 11 with its points plotted on the Smith chart.

The first thing to do is to normalize the different impedance values. If this is not given, choose a value that is in the same range as the load/source values. Assume Z o to be 50?. Thus z S = 0.5 -j0.3, z*S = 0.5 + j0.3, and Z L = 2 -j0.5.

Next, position the two points on the chart. Mark A for z L and D for Z*S.

Then identify the first element connected to the load (a capacitor in shunt) and convert to admittance. This gives us point A'.

Determine the arc portion where the next point will appear after the connection of the capacitor C. As we don't know the value of C, we don't know where to stop. We do, however, know the direction. A C in shunt means to move in the clockwise direction on the admittance Smith chart until the value is found. This will be point B (an admittance). As the next element is a series element, point B has to be converted to the impedance plane. Point B' can then be obtained. Point B' has to be located on the same resistor circle as D. Graphically, there is only one solution from A' to D, but the intermediate point B (and hence B') will need to be verified by a "test-and-try" setup. After having found points B and B', we can measure the lengths of arc A' through B and arc B' through D. The first gives the normalized susceptance value of C. The second gives the normalized reactance value of L. The arc A' through B measures b = 0.78 and thus B = 0.78 x Y o = 0.0156mhos. Because ωC = B, then C = B/ω = B/

射频阻抗匹配与史密斯_Smith_圆图:基本原理详解

阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图:基本原理
在处理 RF 系统的实际应用问题时,总会遇到一些非常困难的工作,对各部分级联电路的不同阻抗进行匹配就是其中之一。一般情况下, 需要进行匹配的电路包括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、 功率放大器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、 LNA/VCO 输出与混频器输入 之间的匹配。匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。
在高频端,寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配网络具有明显的、不可预知的影响。频率在数十兆赫兹 以上时,理论计算和仿真已经远远不能满足要求,为了得到适当的最终结果,还必须考虑在实验室中进行的 RF 测试、并进行适当调谐。 需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标元件值。
有很多种阻抗匹配的方法,包括
?
计算机仿真: 由于这类软件是为不同功能设计的而不只是用于阻抗匹配,所以使用起来比较复杂。设计者必须熟悉用正确的 格式输入众多的数据。设计人员还需要具有从大量的输出结果中找到有用数据的技能。另外,除非计算机是专门为这个用途 制造的,否则电路仿真软件不可能预装在计算机上。
? ? ?
手工计算: 这是一种极其繁琐的方法,因为需要用到较长(“几公里”)的计算公式、并且被处理的数据多为复数。 经验: 只有在 RF 领域工作过多年的人才能使用这种方法。总之,它只适合于资深的专家。 史密斯圆图:本文要重点讨论的内容。
本文的主要目的是复习史密斯圆图的结构和背景知识,并且总结它在实际中的应用方法。讨论的主题包括参数的实际范例,比如找出匹 配网络元件的数值。当然,史密斯圆图不仅能够为我们找出最大功率传输的匹配网络,还能帮助设计者优化噪声系数,确定品质因数的 影响以及进行稳定性分析。
图 1. 阻抗和史密斯圆图基础
基础知识
在介绍史密斯圆图的使用之前,最好回顾一下 RF 环境下(大于 100MHz) IC 连线的电磁波传播现象。这对 RS-485 传输线、PA 和天线之间 的连接、LNA 和下变频器/混频器之间的连接等应用都是有效的。

s参数与史密斯圆图

s参数与史密斯圆图 Company Document number:WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图: 基本原理 本文利用史密斯圆图作为RF阻抗匹配的设计指南。文中给出了反射系数、阻抗和导纳的作图范例,并用作图法设计了一个频率为60MHz的匹配网络。 实践证明:史密斯圆图仍然是计算传输线阻抗的基本工具。 在处理RF系统的实际应用问题时,总会遇到一些非常困难的工作,对各部分级联电路的不同阻抗进行匹配就是其中之一。一般情况下,需要进行匹配的电路包括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、LNA/VCO输出与混频器输入之间的匹配。匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。 在高频端,寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配网络具有明显的、不可预知的影响。频率在数十兆赫兹以上时,理论计算和仿真已经远远不能满足要求,为了得到适当的最终结果,还必须考虑在实验室中进行的RF测试、并进行适当调谐。需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标元件值。 有很多种阻抗匹配的方法,包括: ?计算机仿真:由于这类软件是为不同功能设计的而不只是用于阻抗匹配,所以使用起来比较复杂。设计者必须熟悉用正确的格式输入众多的数据。设计人员还需要具有从大量的输出结果中找到有用数据的技能。另外,除非计算机是专门为这个用途制造的,否则电路仿真软件不可能预装在计算机上。 ?手工计算:这是一种极其繁琐的方法,因为需要用到较长(“几公里”)的计算公式、并且被处理的数据多为复数。 ?经验:只有在RF领域工作过多年的人才能使用这种方法。总之,它只适合于资深的专家。 ?史密斯圆图: 本文要重点讨论的内容。 本文的主要目的是复习史密斯圆图的结构和背景知识,并且总结它在实际中的应用方法。讨论的主题包括参数的实际范例,比如找出匹配网络元件的数值。当然,史密斯圆图不仅能够为我们找出最大功率传输的匹配网络,还能帮助设计者优化噪声系数,确定品质因数的影响以及进行稳定性分析。 图1. 阻抗和史密斯圆图基础 基础知识 在介绍史密斯圆图的使用之前,最好回顾一下RF环境下(大于100MHz) IC连线的电磁波传播现象。这对RS-485传输线、PA和天线之间的连接、LNA和下变频器/混频器之间的连接等应用都是有效的。 大家都知道,要使信号源传送到负载的功率最大,信号源阻抗必须等于负载的共轭阻抗,即: R s + jX s = R L - jX L 图2. 表达式R s + jX s = R L - jX L的等效图 在这个条件下,从信号源到负载传输的能量最大。另外,为有效传输功率,满足这个条件可以避免能量从负载反射到信号源,尤其是在诸如视频传输、RF或微波网络的高频应用环境更是如此。 史密斯圆图 史密斯圆图是由很多圆周交织在一起的一个图。正确的使用它,可以在不作任何计算的前提下得到一个表面上看非常复杂的系统的匹配阻抗,唯一需要作的就是沿着圆周线读取并跟踪数据。 史密斯圆图是反射系数(伽马,以符号表示)的极座标图。反射系数也可以从数学上定义为单端口散射参数,即s11。 史密斯圆图是通过验证阻抗匹配的负载产生的。这里我们不直接考虑阻抗,而是用反射系数L,反射系数可以反映负载的特性(如导纳、增益、跨导),在处理RF频率的问题时,L更加有用。 我们知道反射系数定义为反射波电压与入射波电压之比: 图3. 负载阻抗 负载反射信号的强度取决于信号源阻抗与负载阻抗的失配程度。反射系数的表达式定义为: 由于阻抗是复数,反射系数也是复数。 为了减少未知参数的数量,可以固化一个经常出现并且在应用中经常使用的参数。这里Z o (特性阻抗)通常为常数并且是实数,是常用的归一化标准值,如50、75、100和600。于是我们可以定义归一化的负载阻抗:

SMITH圆图分析与归纳

《射频电路》课程设计题目:SMITH圆图分析与归纳 系部电子信息工程学院 学科门类工学 专业电子信息工程 学号 姓名 2012年6月25日

SMITH 圆图分析与归纳 摘 要 Smith 圆图在计算机时代就开发了,至今仍被普遍使用,几乎所有的计算机辅助设计程序都应用Smith 圆图进行电路阻抗的分析、匹配网路的设计及噪声系数、增益和环路稳定性的计算。 在Smith 圆图中能简单直观地显示传输线阻抗以及反射系数。 Smith 圆图是在反射系数复平面上,以反射系数圆为低圆,将归一化阻抗圆或归一化导纳圆盖在底图上而形成的。因而Smith 圆图又分为阻抗圆图和导纳圆图。 关键字:Smith 圆图 阻抗圆图 导纳圆图 归一化阻抗圆 归一化导纳圆 一 引言 通过对射频电路的学习,使我对射频电路的视野得到了拓宽,以前自己的视野只局限于低频电路的设计,从来没考虑过波长和传输线之间的关系,而且从来没想过,一段短路线就可以等效为一个电感,一段开路线可以等效为一个电容,一条略带厚度的微带竟然可以传输电波,然而在低频电路我们只把它当做一条阻值可以忽略的导线,同时在低频电路设计时好多原件,都要自己手动计算,然而在学习射频电路时,我发现我们不仅要考虑波长和传输线之间的关系,同时还要考虑每一条微带的长度和宽度,当然我感到最重要的是,通过Smith 圆图可以大大的简化了,我对电阻和电容的计算, 二 史密斯圆图功能分析 2.1 史密斯圆图的基本基本知识 史密斯圆图的基本在于以下的算式: )0/()0(Z ZL Z ZL +-=Γ Γ代表其线路的反射系数,即散射矩阵里的S11,Z 是归一负载值,即0/Z ZL 。当中,ZL 是线路的负载值,Z0是传输线的特征阻抗值,通常会使用50Ω。 圆图中的横坐标代表反射系数的实部,纵坐标代表虚部。圆形线代表等电阻圆,每个圆的圆心为()1/(+R R ,0),半径为)1/(1+R 。R 为该圆上的点的电阻值。 中间的横线与向上和向下散出的线则代表阻抗的虚数值,即等电抗圆,圆心为(1,X /1),半径为X /1。由于反射系数是小于等于1的,所以在等电抗圆落在单位圆以外的部分没有意义。当中向上发散的是正数,向下发散的是负数。 圆图最中间的点(01J Z +=,0=Γ)代表一个已匹配的电阻数值(此ZL=Z0,即1=Z ),同时其反射系数的值会是零。圆图的边缘代表其反射系数的幅度是1,即100%反射。在图边的数字代表反射系数的角度(0-180度)。 有一些圆图是以导纳值来表示,把上述的阻抗值版本旋转180度即可。 圆图中的每一点代表在该点阻抗下的反射系数。该电的阻抗实部可以从该电所在的等

阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图_基本原理

阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图: 基本原理 本文利用史密斯圆图作为RF阻抗匹配的设计指南。文中给出了反射系数、阻抗和导纳的作图范例,并用作图法设计了一个频率为60MHz 的匹配网络。 实践证明:史密斯圆图仍然是计算传输线阻抗的基本工具。 在处理RF系统的实际应用问题时,总会遇到一些非常困难的工作,对各部分级联电路的不同阻抗进行匹配就是其中之一。一般情况下,需要进行匹配的电路包括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、LNA/VCO输出与混频器输入之间的匹配。匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。 在高频端,寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配网络具有明显的、不可预知的影响。频率在数十兆赫兹以上时,理论计算和仿真已经远远不能满足要求,为了得到适当的最终结果,还必须考虑在实验室中进行的RF测试、并进行适当调谐。需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标元件值。 有很多种阻抗匹配的方法,包括: 计算机仿真: 由于这类软件是为不同功能设计的而不只是用于阻抗匹配,所以使用起来比较复杂。设计者必须熟悉用正确的格式输入众多的数据。设计人员还需要具有从大量的输出结果中找到有用数据的技能。另外,除非计算机是专门为这个用途制造的,否则电路仿真软件不可能预装在计算机上。

手工计算: 这是一种极其繁琐的方法,因为需要用到较长(“几公里”)的计算公式、并且被处理的数据多为复数。 经验: 只有在RF领域工作过多年的人才能使用这种方法。总之,它只适合于资深的专家。 史密斯圆图: 本文要重点讨论的内容。 本文的主要目的是复习史密斯圆图的结构和背景知识,并且总结它在实际中的应用方法。讨论的主题包括参数的实际范例,比如找出匹配网络元件的数值。当然,史密斯圆图不仅能够为我们找出最大功率传输的匹配网络,还能帮助设计者优化噪声系数,确定品质因数的影响以及进行稳定性分析。 图1. 阻抗和史密斯圆图基础 基础知识 在介绍史密斯圆图的使用之前,最好回顾一下RF环境下(大于100MHz) IC连线的电磁波传播现象。这对RS-485传输线、PA和天线之间的连接、LNA和下变频器/混频器之间的连接等应用都是有

阻抗匹配与史密斯圆图:基本原理

阻抗匹配与史密斯圆图:基本原理 摘要:本文是关于使用史密斯圆图进行射频阻抗匹配计算的教程。本文还提供了一些示例以描绘如何计算反射系数、阻抗、导纳等参数。本文还提供了一个样例,使用图形方法计算工作在900MHz下的MAX2472的匹配网络。 经过实践证明,史密斯圆图仍然是用于判定传输线路阻抗的基本工具。 当处理射频应用的实际实现时,总会碰到一些噩梦般的任务。其中之一就是需要匹配各个互连模块之间的不同的阻抗。通常,这些包括天线到低噪声放大器(LNA),功率放大器输出(RFOUT)到天线,以及LNA/VCO输出到混频器输入。对于信号与能量从“源”到“负载”的正确传输来说,匹配任务是必需的。 在高频率的射频电路中,寄生元素(例如导线电感、层间电容、导体电阻等等)对匹配网络有着显著,但无法预料的影响。在几十兆赫兹频率以上的电路中,理论上的计算与仿真常常是不足够的。在射频实验室测量现场,伴随着调谐工作,必须仔细考虑才能决定合适的最终取值。必须使用计算值以便于建立结构类型与目标元件的取值。 有很多方法可用于计算阻抗匹配,包括: ●计算机仿真:原理复杂但是使用简单,仿真器一般用于区别设计功能,而不是进行阻抗 匹配。设计者必须熟悉需要键入的多重数据输入,以及这些数据输入的正确格式。他们同样需要专门的知识,以便于在大量的结果数据中找到有用的数据。另外,除非计算机被用于进行电路仿真这样的工作,电路仿真软件就不会预安装在计算机上。 ●手动计算:由于计算方程的长度(“上公里的”),以及要进行计算的数字的复杂性,这 种方式被普遍认为是非常单调乏味的。 ●经验直觉:只有当一个人在射频领域中工作过很多年以后,才能取得这样的能力。简而 言之,这种方法只适用于非常资深的专家。 ●史密斯圆图:本文所专注的内容。 本文的主要目标就是回顾史密斯圆图的构造与背景,并且总结如何使用史密斯圆图的实践方式。本文提出的主题包括了参数的实际说明,例如找到匹配网络元件的取值。当然,我们使用史密斯圆图不仅仅只能进行最大功率传输的匹配。史密斯圆图同样能够帮助设计者计算出最佳的噪声系数,确保质量因素的影响,以及评估稳定性分析等等。

史密斯(Smith)圆图

阻抗匹配与史密斯 (Smith) 圆图:基本原理 摘要:本文利用史密斯圆图作为 RF 阻抗匹配的设计指南。文中给出了反射系数、阻抗和导纳的作图范例,并给出了 MAX2474 工作在 900MHz 时匹配网络的作图范例。 事实证明,史密斯圆图仍然是确定传输线阻抗的基本工作。在处理 RF 系统的实际应用问题时,总会遇到一些非常困难的工作,对各部分级联电路的不同阻抗进行匹配就是其中之一。一般情况下,需要进行匹配的电路包括天线与低噪声放大器 (LNA) 之间的匹配、功率放大器输出 (RFOUT) 与天线之间的匹配、 LNA/VCO 输出与混频器输入之间的匹配。匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。 在高频端,寄生元件 (比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻 ) 对匹配网络具有明显的、不可预知的影响。频率在数十兆赫兹以上时,理论计算和仿真已经远远不能满足要求,为了得到适当的最终结果,还必须考虑在实验室中进行的 RF 测试、并进行适当调谐。需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标元件值。 有很多种阻抗匹配的方法,包括 计算机仿真:由于这类软件是为不同功能设计的而不只是用于阻抗匹配,所以使用起来比较复杂。 设计者必须熟悉用正确的格式输入众多的数据。设计人员还需要具有从大量的输出结果中找到有用数据的技能。另外,除非计算机是专门为这个用途制造的,否则电路仿真软件不可能预装在计算机上。 手工计算:这是一种极其繁琐的方法,因为需要用到较长 (“几公里”)的计算公式、并且被处理的数据多为复数。 经验:只有在 RF 领域工作过多年的人才能使用这种方法。总之,它只适合于资深的专家。 史密斯圆图:本文要重点讨论的内容。 本文的主要目的是复习史密斯圆图的结构和背景知识,并且总结它在实际中的应用方法。讨论的主题包括参数的实际范例,比如找出匹配网络元件的数值。当然,史密斯圆图不仅能够为我们找出最大功率传输的匹配网络,还能帮助设计者优化噪声系数,确定品质因数的影响以及进行稳定性分析。 图 1. 阻抗和史密斯圆图 基础

阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图 基本原理

阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图:基本原理 本文利用史密斯圆图作为RF阻抗匹配的设计指南。文中给出了反射系数、阻抗和导纳的 作图范例,并用作图法设计了一个频率为60MHz的匹配网络。 实践证明:史密斯圆图仍然是计算传输线阻抗的基本工具。 在处理RF系统的实际应用问题时,总会遇到一些非常困难的工作,对各部分级联电路的不同阻抗进行匹配就是其中之一。一般情况下,需要进行匹配的电路包括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、LNA/VCO输出与混频器输入之间的匹配。匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。 在高频端,寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配网络具有明显的、不可预知的影响。频率在数十兆赫兹以上时,理论计算和仿真已经远远不能满足要求,为了得到适当的最终结果,还必须考虑在实验室中进行的RF测试、并进行适当调谐。需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标元件值。 有很多种阻抗匹配的方法,包括: ?计算机仿真:由于这类软件是为不同功能设计的而不只是用于阻抗匹配,所以使用起来比较复杂。设计者必须熟悉用正确的格式输入众多的数据。设计人员还需要具有从大量的输出结果中找到有用数据的技能。 另外,除非计算机是专门为这个用途制造的,否则电路仿真软件不可能预装在计算机上。 ?手工计算:这是一种极其繁琐的方法,因为需要用到较长(“几公里”)的计算公式、并且被处理的数据多为复数。 ?经验:只有在RF领域工作过多年的人才能使用这种方法。总之,它只适合于资深的专家。 ?史密斯圆图:本文要重点讨论的内容。 本文的主要目的是复习史密斯圆图的结构和背景知识,并且总结它在实际中的应用方法。讨论的主题包括参数的实际范例,比如找出匹配网络元件的数值。当然,史密斯圆图不仅能够为我们找出最大功率传输的匹配网络,还能帮助设计者优化噪声系数,确定品质因数的影响以及进行稳定性分析。 图1.阻抗和史密斯圆图基础

阻抗匹配中Smith圆图的巧妙使用

阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图: 基本原理
本文利用史密斯圆图作为 RF 阻抗匹配的设计指南。 文中给出了 反射系数、 阻抗和导纳的作图范例, 并用作图法设计了一个频率 为 60MHz 的匹配网络。 实践证明:史密斯圆图仍然是计算传输线阻抗的基本工具。
在处理 RF 系统的实际应用问题时,总会遇到一些非常困难的工作,对各部分级 联电路的不同阻抗进行匹配就是其中之一。一般情况下, 需要进行匹配的电路包 括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大器输出(RFOUT)与天线之间 的匹配、LNA/VCO 输出与混频器输入之间的匹配。匹配的目的是为了保证信号 或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。 在高频端,寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配 网络具有明显的、不可预知的影响。频率在数十兆赫兹以上时,理论计算和仿真 已经远远不能满足要求,为了得到适当的最终结果, 还必须考虑在实验室中进行 的 RF 测试、并进行适当调谐。需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标 元件值。 有很多种阻抗匹配的方法,包括:
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计算机仿真: 由于这类软件是为不同功能设计的而不只是用于阻抗匹配, 所以使用起来比较复杂。设计者必须熟悉用正确的格式输入众多的数据。 设计人员还需要具有从大量的输出结果中找到有用数据的技能。另外, 除 非计算机是专门为这个用途制造的, 否则电路仿真软件不可能预装在计算 机上。 手工计算: 这是一种极其繁琐的方法,因为需要用到较长(“几公里”)的计 算公式、并且被处理的数据多为复数。 经验: 只有在 RF 领域工作过多年的人才能使用这种方法。总之,它只适 合于资深的专家。 史密斯圆图: 本文要重点讨论的内容。
本文的主要目的是复习史密斯圆图的结构和背景知识, 并且总结它在实际中的应 用方法。 讨论的主题包括参数的实际范例, 比如找出匹配网络元件的数值。 当然, 史密斯圆图不仅能够为我们找出最大功率传输的匹配网络, 还能帮助设计者优化 噪声系数,确定品质因数的影响以及进行稳定性分析。
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史密斯圆图基本原理

阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图:基本原理 摘要:本文利用史密斯圆图作为RF阻抗匹配的设计指南。文中给出了反射系数、阻抗和导纳的作图范例,并给出了MAX2474工作在900MHz时匹配网络的作图范例。 事实证明,史密斯圆图仍然是确定传输线阻抗的基本工作。 在处理RF系统的实际应用问题时,总会遇到一些非常困难的工作,对各部分级联电路的不同阻抗进行匹配就是其中之一。一般情况下,需要进行匹配的电路包括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、LNA/VCO输出与混频器输入之间的匹配。匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。 在高频端,寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配网络具有明显的、不可预知的影响。频率在数十兆赫兹以上时,理论计算和仿真已经远远不能满足要求,为了得到适当的最终结果,还必须考虑在实验室中进行的RF测试、并进行适当调谐。需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标元件值。 有很多种阻抗匹配的方法,包括 计算机仿真:由于这类软件是为不同功能设计的而不只是用于阻抗匹配,所以使用起来比较复杂。设计者必须熟悉用正确的格式输入众多的数据。设计人员还需要具有从大量的输出结果中找到有用数据的技能。另外,除非计算机是专门为这个用途制造的,否则电路仿真软件不可能预装在计算机上。 手工计算:这是一种极其繁琐的方法,因为需要用到较长(“几公里”)的计算公式、并且被处理的数据多为复数。 经验:只有在RF领域工作过多年的人才能使用这种方法。总之,它只适合于资深的专家。 史密斯圆图:本文要重点讨论的内容。 本文的主要目的是复习史密斯圆图的结构和背景知识,并且总结它在实际中的应用方法。讨论的主题包括参数的实际范例,比如找出匹配网络元件的数值。当然,史密斯圆图不仅能够为我们找出最大功率传输的匹配网络,还能帮助设计者优化噪声系数,确定品质因数的影响以及进行稳定性分析。 图1. 阻抗和史密斯圆图基础

史密斯圆图地详解

本文利用史密斯圆图作为RF阻抗匹配的设计指南。文中给出了反射系数、阻抗和导纳的作图范例,并用作图法设计了一个频率为60MHz的匹配网络。 在处理RF系统的实际应用问题时,总会遇到一些非常困难的工作,对各部分级联电路的不同阻抗进行匹配就是其中之一。一般情况下,需要进行匹配的电路包括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、LNA/VCO输出与混频器输入之间的匹配。匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。 在高频端,寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配网络具有明显的、不可预知的影响。频率在数十兆赫兹以上时,理论计算和仿真已经远远不能满足要求,为了得到适当的最终结果,还必须考虑在实验室中进行的RF测试、并进行适当调谐。需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标元件值。 有很多种阻抗匹配的方法,包括: 计算机仿真: 由于这类软件是为不同功能设计的而不只是用于阻抗匹配,所以使用起来比较复杂。设计者必须熟悉用正确的格式输入众多的数据。设计人员还需要具有从大量的输出结果中找到有用数据的技能。另外,除非计算机是专门为这个用途制造的,否则电路仿真软件不可能预装在计算机上。 手工计算: 这是一种极其繁琐的方法,因为需要用到较长(“几公里”)的计算公式、并且被处理的数据多为复数。 经验: 只有在RF领域工作过多年的人才能使用这种方法。总之,它只适合于资深的专家。 史密斯圆图: 本文要重点讨论的内容。 本文的主要目的是复习史密斯圆图的结构和背景知识,并且总结它在实际中的应用方法。讨论的主题包括参数的实际范例,比如找出匹配网络元件的数值。当然,史密斯圆图不仅能够为我们找出最大功率传输的匹配网络,还能帮助设计者优化噪声系数,确定品质因数的影响以及进行稳定性分析。 图1. 阻抗和史密斯圆图基础 图1. 阻抗和史密斯圆图基础

通俗讲解史密斯圆图

不管 这是 今天1、是2、为3、干 1、是该图“在我史密当中管多么经典的射是什么东东? 天解答三个问题是什么? 为什么? 干什么? 是什么? 表是由菲利普我能够使用计算密斯图表的基本 的Γ代表其线射频教程,为什 题: 普·史密斯(Phillip 算尺的时候,我本在于以下的算线路的反射系数从容面对“史什么都做成黑白p Smith)于193我对以图表方式算式。 数(reflection coe 史密斯圆图 白的呢?让想理39年发明的,当式来表达数学上efficient) ”,不再懵逼 理解史密斯原图当时他在美国的上的关联很有兴图的同学一脸懵的RCA 公司工作兴趣”。 懵逼。 作。史密斯曾说说过,

即S参数(S-parameter)里的S11,ZL是归一负载值,即ZL / Z0。当中,ZL是线路本身的负载值,Z0是传输线的特征阻抗(本征阻抗)值,通常会使用50?。 简单的说:就是类似于数学用表一样,通过查找,知道反射系数的数值。 2、为什么? 我们现在也不知道,史密斯先生是怎么想到“史密斯圆图”表示方法的灵感,是怎么来的。 很多同学看史密斯原图,屎记硬背,不得要领,其实没有揣摩,史密斯老先生的创作意图。 我个人揣测:是不是受到黎曼几何的启发,把一个平面的坐标系,给“掰弯”了。 我在表述这个“掰弯”的过程,你就理解,这个图的含义了。(坐标系可以掰弯、人尽量不要“弯”;如果已经弯了,本人表示祝福) 现在,我就掰弯给你看。 世界地图,其实是一个用平面表示球体的过程,这个过程是一个“掰直”。 史密斯原图,巧妙之处,在于用一个圆形表示一个无穷大的平面。

2.1、首先,我们先理解“无穷大”的平面。 首先的首先,我们复习一下理想的电阻、电容、电感的阻抗。 在具有电阻、电感和电容的电路里,对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示,是一个复数,实际称为电阻,虚称为电抗,其中电容在电路中对交流电所起的阻碍作用称为容抗,电感在电路中对交流电所起的阻碍作用称为感抗,电容和电感在电路中对交流电引起的阻碍作用总称为电抗。阻抗的单位是欧姆。 R,电阻:在同一电路中,通过某一导体的电流跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比,这就是欧姆定律。 标准式:。(理想的电阻就是实数,不涉及复数的概念)。 如果引入数学中复数的概念,就可以将电阻、电感、电容用相同的形式复阻抗来表示。既:电阻仍然是实数R(复阻抗的实部),电容、电感用虚数表示,分别为:

2020年史密斯圆图基本原理

作者:败转头 作品编号44122544:GL568877444633106633215458 时间:2020.12.13 阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图:基本原理 摘要:本文利用史密斯圆图作为RF阻抗匹配的设计指南。文中给出了反射系数、阻抗和导纳的作图范例,并给出了MAX2474工作在900MHz时匹配网络的作图范例。 事实证明,史密斯圆图仍然是确定传输线阻抗的基本工作。 在处理RF系统的实际应用问题时,总会遇到一些非常困难的工作,对各部分级联电路的不同阻抗进行匹配就是其中之一。一般情况下,需要进行匹配的电路包括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、LNA/VCO输出与混频器输入之间的匹配。匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。 在高频端,寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配网络具有明显的、不可预知的影响。频率在数十兆赫兹以上时,理论计算和仿真已经远远不能满足要求,为了得到适当的最终结果,还必须考虑在实验室中进行的RF测试、并进行适当调谐。需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标元件值。 有很多种阻抗匹配的方法,包括 计算机仿真:由于这类软件是为不同功能设计的而不只是用于阻抗匹配,所以使用起来比较复杂。设计者必须熟悉用正确的格式输入众多的数据。设计人员还需要具有从大量的输出结果中找到有用数据的技能。另外,除非计算机是专门为这个用途制造的,否则电路仿真软件不可能预装在计算机上。 手工计算:这是一种极其繁琐的方法,因为需要用到较长(“几公里”)的计算公式、并且被处理的数据多为复数。 经验:只有在RF领域工作过多年的人才能使用这种方法。总之,它只适合于资深的专家。 史密斯圆图:本文要重点讨论的内容。 本文的主要目的是复习史密斯圆图的结构和背景知识,并且总结它在实际中的应用方法。讨论的主题包括参数的实际范例,比如找出匹配网络元件的数值。当然,史密斯圆图不仅能够为我们找出最大功率传输的匹配网络,还能帮助设计者优化噪声系数,确定品质因数的影响以及进行稳定性分析。

史密斯__(基本原理)

阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图: 基本原理本文利用史密斯圆图作为RF阻抗匹配的设计指南。文中给出了反射系数、阻抗和导纳的作图范例,并用作图法设计了一个频率为60MHz的匹配网络。 实践证明:史密斯圆图仍然是计算传输线阻抗的基本工具。 在处理RF系统的实际应用问题时,总会遇到一些非常困难的工作,对各部分级联电路的不同阻抗进行匹配就是其中之一。一般情况下,需要进行匹配的电路包括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、LNA/VCO输出与混频器输入之间的匹配。匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。 在高频端,寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配网络具有明显的、不可预知的影响。频率在数十兆赫兹以上时,理论计算和仿真已经远远不能满足要求,为了得到适当的最终结果,还必须考虑在实验室中进行的RF测试、并进行适当调谐。需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标元件值。 有很多种阻抗匹配的方法,包括: ?计算机仿真: 由于这类软件是为不同功能设计的而不只是用于阻抗匹配,所以使用起来比较复杂。设计者必须熟悉用正确的格式输入众多的数据。设计人员还需要具有从大量的输出结果中找到有用数据的技能。另外,除非计算机是专门为这个用途制造的,否则电路仿真软件不可能预装在计算机上。?手工计算: 这是一种极其繁琐的方法,因为需要用到较长(“几公里”)的计算公式、并且被处理的数据多为复数。 ?经验: 只有在RF领域工作过多年的人才能使用这种方法。总之,它只适合于资深的专家。 ?史密斯圆图: 本文要重点讨论的内容。 本文的主要目的是复习史密斯圆图的结构和背景知识,并且总结它在实际中的应用方法。讨论的主题包括参数的实际范例,比如找出匹配网络元件的数值。当然,史密斯圆图不仅能够为我们找出最大功率传输的匹配网络,还能帮助设计者优化噪声系数,确定品质因数的影响以及进行稳定性分析。

史密斯圆图基本原理之欧阳学文创编

阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图:基本原 理 欧阳歌谷(2021.02.01) 摘要:本文利用史密斯圆图作为RF阻抗匹配的设计指南。文中给出了反射系数、阻抗和导纳的作图范例,并给出了MAX2474工作在900MHz时匹配网络的作图范例。 事实证明,史密斯圆图仍然是确定传输线阻抗的基本工作。 在处理RF系统的实际应用问题时,总会遇到一些非常困难的工作,对各部分级联电路的不同阻抗进行匹配就是其中之一。一般情况下,需要进行匹配的电路包括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、LNA/VCO输出与混频器输入之间的匹配。匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。 在高频端,寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配网络具有明显的、不可预知的影响。频率在数十兆赫兹以上时,理论计算和仿真已经远远不能满足要求,为了得到适当的最终结果,还必须考虑在实验室中进行的RF测试、并进行适当调谐。需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标元件值。 有很多种阻抗匹配的方法,包括

计算机仿真:由于这类软件是为不同功能设计的而不只是用于阻抗匹配,所以使用起来比较复杂。设计者必须熟悉用正确的格式输入众多的数据。设计人员还需要具有从大量的输出结果中找到有用数据的技能。另外,除非计算机是专门为这个用途制造的,否则电路仿真软件不可能预装在计算机上。 手工计算:这是一种极其繁琐的方法,因为需要用到较长(“几公里”)的计算公式、并且被处理的数据多为复数。 经验:只有在RF领域工作过多年的人才能使用这种方法。总之,它只适合于资深的专家。 史密斯圆图:本文要重点讨论的内容。 本文的主要目的是复习史密斯圆图的结构和背景知识,并且总结它在实际中的应用方法。讨论的主题包括参数的实际范例,比如找出匹配网络元件的数值。当然,史密斯圆图不仅能够为我们找出最大功率传输的匹配网络,还能帮助设计者优化噪声系数,确定品质因数的影响以及进行稳定性分析。 图1. 阻抗和史密斯圆图基础基础知识

Smith圆图快速入门

Smith 圆图快速入门 从Smith chart 我们不仅可以简化计算,同时还它还可以帮助我们理好的理解长线理论中的概念的现实含义以及它本身。 由于纳圆图(Y-Smith chart )与阻抗圆图(Z-Smith chart )有简单的对应关系,所以下边我们仅对阻抗圆图(Z-Smith chart )的特点作一个归纳。 如下图图7所示,阻抗圆图可以提供四个数据:X 、R 、Γ和相位θ;在横坐标上半部分电抗呈感性,横坐标下半部分电抗呈容性;在坐标为(1,0)处表示传输线终端呈开路(开路点);(-1,0)对应于终端短路点;开路点与短路点之间相差π相位;电压波腹都落在正的横坐标轴,电压波节落在负的横坐标轴上;处于最外边的圆(1=Γ)代表驻波状态,其上半个圆代表纯电感,其下半圆代表纯电容;坐标原点代表阻抗匹配点(0=Γ)。 图7. 阻抗圆图特性 阻抗圆图关系表 1.三个特殊点

匹配点开路点短路点 中心点(0,0)右边端点(1,0)左边端点(-1 ,0) Γ= 0 Z = 1 ρ= 1 Γ=1 Z = ∞ r = ∞,x = ∞ Γ= ?1 Z = 0 r = 0 ,x = 0 2.三条特殊线 (1)实轴为纯电阻线 (2 )左半实轴上的点为电压波节点,该直线段是电压波节线、电流波腹线。该直线段上某点归一化电阻r 的值为该点的K 值; (3 )右半实轴上的点为电压波幅点,该直线段是电压波腹线、电流波节线。该直线段上某点归一化电阻r 的值为该点的ρ值; 3.两个特殊面 (1)上半圆,归一化电抗值,上半圆平面为感性区x > 0 (2)下半圆,归一化电抗值x < 0,下半圆平面为容性区 4.两个旋转方向 因为已经规定负载端为坐标原点,当观察点向电源方向移动时,在圆图上要顺时针方向旋转;反之,观察点向负载方向移动时,在圆图上要逆时针方向旋转 5.四个参数 在圆图上上任何一点都对应有四个参量:Γ、x、ρ(或Γ)和φ

阻抗匹配中圆图

阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图: 基本原理 本文利用史密斯圆图作为RF阻抗匹配的设计指南。文中给出了反射系数、阻抗和导纳的作图范例,并用作图法设计了一个频率为60MHz的匹配网络。 实践证明:史密斯圆图仍然是计算传输线阻抗的基本工具。 在处理RF系统的实际应用问题时,总会遇到一些非常困难的工作,对各部分级联电路的不同阻抗进行匹配就是其中之一。一般情况下,需要进行匹配的电路包括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、LNA/VCO输出与混频器输入之间的匹配。匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。 在高频端,寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配网络具有明显的、不可预知的影响。频率在数十兆赫兹以上时,理论计算和仿真已经远远不能满足要求,为了得到适当的最终结果,还必须考虑在实验室中进行的RF测试、并进行适当调谐。需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标元件值。 有很多种阻抗匹配的方法,包括: ?计算机仿真:由于这类软件是为不同功能设计的而不只是用于阻抗匹 配,所以使用起来比较复杂。设计者必须熟悉用正确的格式输入众多的 数据。设计人员还需要具有从大量的输出结果中找到有用数据的技能。 另外,除非计算机是专门为这个用途制造的,否则电路仿真软件不可能 预装在计算机上。 ?手工计算:这是一种极其繁琐的方法,因为需要用到较长(“几公里”)的 计算公式、并且被处理的数据多为复数。 ?经验:只有在RF领域工作过多年的人才能使用这种方法。总之,它只 适合于资深的专家。 ?史密斯圆图:本文要重点讨论的内容。 本文的主要目的是复习史密斯圆图的结构和背景知识,并且总结它在实际中的应用方法。讨论的主题包括参数的实际范例,比如找出匹配网络元件的数值。当然,史密斯圆图不仅能够为我们找出最大功率传输的匹配网络,还能帮助设计者优化噪声系数,确定品质因数的影响以及进行稳定性分析。

阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图_基本原理

Maxim > App Notes > WIRELESS, RF, AND CABLE Keywords: smith chart, RF, impedance matching, transmission line Mar 23, 2001 APPLICATION NOTE 742 Impedance Matching and the Smith Chart: The Fundamentals Abstract: Tutorial on RF impedance matching using the Smith Chart. Examples are shown plotting reflection coefficients, impedances and admittances. A sample matching network is designed at 60 MHz using graphical methods. Tried and true, the Smith chart is still the basic tool for determining transmission-line impedances. When dealing with the practical implementation of RF applications, there are always some nightmarish tasks. One is the need to match the different impedances of the interconnected blocks. Typically these include the antenna to the low-noise amplifier (LNA), power-amplifier output (RFOUT) to the antenna, and LNA/VCO output to mixer inputs. The matching task is required for a proper transfer of signal and energy from a "source" to a "load." At high radio frequencies, the spurious elements (like wire inductances, interlayer capacitances, and conductor resistances) have a significant yet unpredictable impact on the matching network. Above a few tens of megahertz, theoretical calculations and simulations are often insufficient. In-situ RF lab measurements, along with tuning work, have to be considered for determining the proper final values. The computational values are required to set up the type of structure and target component values. There are many ways to do impedance matching, including: q Computer simulations: Complex to use, as such simulators are dedicated to differing design functions and not to impedance matching. Designers have to be familiar with the multiple data inputs that need to be entered and the correct formats. They also need the expertise to find the useful data among the tons of results coming out. In addition, circuit-simulation software is not pre-installed on computers, unless they are dedicated to such an application. q Manual computations: Tedious due to the length ("kilometric") of the equations and the complex nature of the numbers to be manipulated. q Instinct: This can be acquired only after one has devoted many years to the RF industry. In short, this is for the super-specialist. q Smith chart: Upon which this article concentrates. The primary objectives of this article are to review the Smith chart's construction and background, and to summarize the practical ways it is used. Topics addressed include practical illustrations of parameters, such as finding matching network component values. Of course, matching for maximum power transfer is not the only thing we can do with Smith charts. They can also help the designer with such tasks as optimizing for the best noise figures, ensuring quality factor impact, and assessing stability analysis.

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