RFY与史密斯圆图的应用.doc

一．RF电路的应用： 1．? 2．? GPS）。 3．? CPU以及其他一些频率超过600MHz的外围设备）。 ? 二．频谱： 1．? RF）：用于电视，无线电话，GPS等等，工作频率在300MHz到3GHz，在空气中的波长范围在1米到10厘米。 2．? MW）：用于雷达，远外传感等，工作频率在8GHz到40GHz，在空气中的波长范围从3.75厘米到7.5毫米。 ? 三．S参数在微波及射频上的应用 1．? 对于线性的网络，或者是非线性的网络但信号很小，其响应可以看成是线性的，这时候我们可以不管其内部结构，仅通过测量端口的参数来表征电路的特性，一旦端口的参数被确定，这个网络在任何外部环境下的工作情况也基本上可以预见。 2．? 只要和电磁场相关的问题，最终都可以用麦克斯韦方程来解释，包括： ▽·E＝ρ／ε0 ▽·B＝0 ▽×E＝-B ▽×B＝μ0j＋μ0ε0E 从物理意义上讲，这四个方程代表的如下四方面电磁场的基本理论：第一个方程式阐明了电场随距离的变化与电荷（如电子）密度的关系。距离越远电场越弱，但是电荷密度越大（也就是说在给定空间内电子数越多），电场就越强；第二个方程式告诉我们磁理论中没有磁“单极子”，将一块磁铁锯成两半你也不可能得到一个孤立的“南”极和一个孤立的“北”极，每一块磁铁都有自己的“南”极和“北”极；第三个方程告诉我们变化的磁场如何产生电场；第四个方程所描述的正好相反，即变化的电场（或者说电流）如何产生磁场。麦克斯韦方程式还可以表达为： 　　其实质是一样的。 3．? 单端口，双端口以及多端口网络的图示如下： 通常来说，有Y,Z,H和S参数可供测量分析电路网络，前三个参数主要用于集总电路，Y也称电导参数，Z称为电阻参数，H称为两者混合参数。S参数则更适合于分布电路。 ? 4．? S ?在众多参数中，对于射频微波设计来说，S参数是非常重要的，因为在高频情况下，它比其他参数更容易测得，且概念上易于理解，分析便捷，能很直观的看出设计中的问题所在。S参数一般也被称为散射参数，当传输线中间存在电路网络时，由于阻抗不匹配，必然会出现信号的散射及反射等问题。这里，我们以双端网络为例： 其中，a1和a2是输入的信号，b1和b2是反射信号。根据公式： (Vi和Ii分别是第i端口的电压和电流，Zi是参考阻抗，一般取实数阻抗Z0),可以得到： 对于双端网络，可以由如下两个线性方程式来描述： 方程中的S11,S22,S12,S21就是S参数，它们可以用公式表示为： 将上面的a1和b1的计算公式带入S11可以得到： ? 也可以表示为： ????????? ??? 这里Z1=V1/I1,也就是端口1的输入阻抗,当S11越小（接近于0）端口的匹配情况越好（对于S21来说，接近于1最好）。 对于三端的网络，则可以用下列方程式表示： b1 = S11 a1 + S12 a2 + S13 a3 ????????? b2 = S21 a1 + S22 a2 + S23 a3 ????????? b3 = S31 a1 + S32 a2 + S33 a3 四．史密斯圆图的应用 ?????????? 通过史密斯图，可以让使用者迅速的得出在传输线上任意一点阻抗，电压反射系数，VSWR等数据，简单方便，所以一直被广泛应用于电磁波研究的领域。史密斯圆图中包括电阻圆（图中红色的，从右半边开始发散的圆）和电导圆（图中绿色的，从左半圆发散开的圆），而那些和电阻电导圆垂直相交的半圆则称为电抗圆，其中，中轴线以上的电抗圆为正电抗圆（表现为感性），而中轴线以下的为负电抗圆（表现为容性）。 沿着圆周顺时针方向是指朝着源端传输线变化，而逆时针方向是朝着负载端变化。归一化的史密斯图上（直角坐标复平面）的点到圆心之间的距离就是该点的反射系数的大小，所以对于最好的匹配来说，要保证S11参数点在圆心，S21参数点在圆周上。 ? 1．? 用史密斯图求VSWR 我们知道，传输线上前向和后向的行波合成会形成驻波，其根本原因在于源端和负载端的阻抗不匹配。我们可以定义一个称为电压驻波比(voltage standing-wave ratio, VSWR)的量度，来评价负载接在传输线上的不匹配程度。VSWR定义为传输线上驻波电压最大值与最小值之比： ?????? ? 对于匹配的传输线Vmax=Vmin, VSWR将为1。 VSWR也可以用和接受端反射系数的关系式来表达： ????????? 对于完全匹配的传输线，反射系数为0，故而VSWR为1，但对于终端短路或开路，VSWR将为无穷大，因为这两种情况下的反射系数绝对值为1。 在史密斯图上表示： ? 所以要计算VSWR,只需要在极坐标的史密斯图上以阻抗点到圆心的距离为半径作圆，与水平轴相交，则离极坐标圆点最远点坐标的大小即为电压