微波工程传输线理论.ppt

Smith 其人 Phillip Hagar Smith (April 29, 1905–August 29, 1987) was an electrical engineer, who became famous for his invention of the Smith chart. Smith graduated from Tufts College in 1928. While working for RCA, he invented his eponymous Smith chart. He retired from Bell Labs in 1970. Phillip Smith invented the Smith Chart in 1939 while he was working for The Bell Telephone Laboratories (although the Japanese engineer Kurakawa invented a similar device one year earlier). When asked why he invented this chart, Smith explained: From the time I could operate a slide rule, Ive been interested in graphical representations of mathematical relationships. Smith chart 阻抗圆图 导纳圆图 〖例〗测得传输线终端短路时输入阻抗为+j106 ? ，开路时输入阻抗为-j 23.6?，终端接实际负载时的输入阻抗Zin＝25－j 70 ?。求：负载阻抗值。 有 〖解〗由： 传输线的特性阻抗为 ： 归一化短路输入阻抗和 接负载时测量点输入阻抗 如图所示，终端短路点zL＝0，位于圆图实轴左端点，可知测量点距负载的长度为0.18 ?； 故负载应位于该点向负载转0.18 ? ，对应0.157 ?处，查得： 0.157 向负载转0.18 ? Microwave Technique 内容提要 Smith 圆图的起源 Smith圆图的数学基础 Smith圆图分析 Smith圆图的应用 2.4 Smith圆图（Smith Chart） 2.4 Smith圆图（Smith Chart） 史密斯圆图是天线和微波电路设计中的重要工具。用史密斯圆图进行传输线问题的工程计算简便、直观，具有一定的精度，可满足一般工程设计要求。 可方便地进行归一化阻抗z、归一化导纳y和反射系数?三者之间的相互换算； 可求得沿线各点的阻抗或导纳，进行阻抗匹配的设计和调整，包括确定匹配用短截线的长度和接入位置，分析调配顺序和可调配范围，确定阻抗匹配的带宽等； 应用史密斯圆图还可直接用图解法分析和设计各种微波有源电路。 史密斯圆图的应用很广泛: Smith 圆图的起源 1939年由Bell实验室的P.H. Smith发明。 Smith圆图是现在最流行的CAD软件和测试设备的重要部分。 在形象化传输线现象和解决阻抗匹配问题时十分有用。 本质上是Γ在极坐标中的图形表现。 任意阻抗值均能在圆图的Γ平面中找到相应的点。 80年代以前，Smith圆图和滑动标尺是最基本的微波设计工具 Smith 圆图的数学基础 归一化 令 因复数相等，得 r 和 x 各为： 则 重新排列： (2.56a) (2.56b) 端接负载Z的无损传输线（特性阻抗为Z0） Smith 圆图的分析－－等r圆（等电阻圆） 等电阻线（r=常数） r＝常数表示一簇共切圆 共切点在（1，0） r＝0时，圆心在原点，半径为1，对应于纯电抗。 r→∞时，圆心在（1，0），半径为0，即收缩到（1，0）点，对应开路点。 圆心： 半径： Smith 圆图的分析－－等x圆（等电抗圆） 等电抗圆/线（x=常数） x＝常数表示一簇共切圆 共切点在（1，0） x＝0，圆心（1，∞），半径∞，即为实轴，对应于纯电阻。 x0的圆在上半平面，对应于电感性电抗， x0的圆在下半平面，对应于电容性电抗。 x→±∞，圆心（1，0），半径0，即收缩到（1，0）点。 圆心： 半径： Smith 圆图的分析－－等r圆与等x圆的组合 Smith 圆图－－各部分分析 纯感性（pure inductive） 开路 等电抗圆 等电阻圆 匹配 短路 纯容性（pure capacitive） 单位圆—纯电抗圆 实轴－－电阻线 x 0 容性平面 x0 感性平面 朝负载 朝电源 反射系数Γ图 反射系数图最重要的概念是相角走向！ 式中l 是 z＝0处与参考面之间的距离，是向电源的