[信息与通信]阻抗匹配与Smith圆图.pdf

阻抗匹配与Smith圆图 王国海 2009年12月15 日 深圳市远望谷信息技术股份有限公司 创 新 引 领 进 步 热烈庆祝远望谷成立10周年！ 重温阻抗匹配与Smith圆图的理论与应用 参考文献 • 《射频电路设计——理论与应用》 • 《射频电路与芯片设计要点》 • 《实用无线电设计》 • 《无线应用射频微波电路设计》 • 《射频通信电路设计》 • 《射频与微波通信电路——分析与设计（第二版）》 • 《射频电路设计》 • 《CMOS射频集成电路设计》 • 《射频与微波工程实践导论》 • 2009年射频部培训讲义 目录 • 阻抗匹配的必要性和方法 • Smith阻抗圆 • Smith导纳圆 • Smith阻抗导纳圆 • 集总参数阻抗匹配注意事项 • 传输线与Smith圆 • 稳定圆 • 等增益圆 • 等噪声系数圆 • 等Q线 • 等VSWR 圆 • 应用举例（结合Smith小软件，L型和π型匹配、多种圆图综合使用等） • 总结 阻抗匹配 Smith Chart • 饮水思源 Smith Chart的原始构想，出自美国贝尔电话实验 室的菲利普H.史密斯(Philip H.Smith) （1905~1987）。 史密斯在1939年3月的Electronic期刊上，发表《传输线计算器 （Transmission Line Calculation ）》一文，提出以作图方式解 决传输线有关的计算问题，而所用的图表即被称为Smith Chart。 最初Smith圆图的发明是为了帮助确定传输线的输入阻抗，以后 Smith圆图被广泛的应用于匹配电路的辅助设计和显示测量的数据。 Smith 圆图 Smith 圆图 Smith 圆图 Smith 圆图 Smith 圆图 应用举例 应用举例 应用举例 集总参数阻抗匹配注意事项 • 通常一个匹配网络有两类无源元件构成：电容和电感。 • 尽可能多地使用电容而尽可能少地使用电感。 如果电路是由分立元件构成的，电容的成本要远远低于电感。 电容的面积要远远小于电感。 电感的Q值要比电容低许多。 • 元件标称值的限制。 • 有时元件值太低以至于可以与寄生参数比拟。这时的性能不够 稳定。另外一个极端是元件值太高时性能也不可靠。 Smith 圆图 稳定圆 • 二端口网络稳定条件： 2 2 2 1− S − S +Δ 11 22 k =1 2 S S 12 21 Δ S S =−S S 1 11 22 12 21 • 若不能同时满足上述两个条件，则为有条件的稳定（潜在的不稳 定）。对于晶体管放大器为有限的负载或源阻抗值稳定，即只有源反 射系数和负载反射系数在有限的范围内时，晶体管才能稳定地工作。 不稳定现象的表现： 增益变化； 中心频率偏移； 通频带变窄； 谐振曲线变形等。 极端情况：放大器自激振荡，完全不能工作。 如何解决稳定性问题？ 选择合适的工作点、限制放大器增益、增加负反馈、选择内反馈 小的晶体管、消除寄生反馈。 利用Smith圆图的图形近似法便能简介形象地找出负载和信号 源反射系数的稳定圆。 输入稳定圆 • 输入稳定圆圆心和半径： * * (S11 −ΔS 22 ) C s 2 2