引领你进入史密斯圆图的神奇世界：串并联口诀全面解析

发布时间：2021-12-13 11:02:13

来源：RF技术社区 (https://rf.eefocus.com)

标签：smith圆图史密斯圆图并联口诀

分享到：

Smith 圆图对于每一个射频工程师而言是一个非常重要的辅助工具。对于mith，做的最多的，可能就是匹配，而做匹配，最常用到的就是Smith圆图。

史密夫图表(Smith chart，又称史密斯圆图)是在反射系散平面上标绘有归一化输入阻抗(或导纳)等值圆族的计算图。

想当年在学校的时候，觉着Smith圆图好难;工作久了，再加上相关辅助软件的帮助，觉着Smith圆图还是比较好理解的。

要用好Smith圆图，关键是熟悉它的构成。主要包括等电阻圆，等电导圆，等Q线，等电抗圆，等电纳圆。

高频与微波电路设计中，阻抗匹配是最基本且重要的课题。阻抗匹配的目的：使信号由电源端传送到负载端时获得最大的功率。

发明者：菲利普·史密斯(Phillip H.smith)；

时间：1939；

优点：解决传输线的复杂计算的计算工具，快速、有效的达成匹配；

Smith圆图：探索射频工程师必备的利器

Smith圆图（又称史密斯圆图）是对于每一个射频工程师而言，都是一个非常重要的辅助工具。尤其在阻抗匹配方面，Smith圆图被广泛应用。

Smith圆图是一种在反射系散平面上绘制归一化输入阻抗（或导纳）等值圆族的计算图。虽然在刚开始学习时可能觉得Smith圆图很难理解，但随着工作经验的积累和相关辅助软件的使用，它变得更易于理解和应用。

要充分利用Smith圆图，关键是熟悉其构成。主要包括等电阻圆、等电导圆、等Q线、等电抗圆和等电纳圆等元素。在高频与微波电路设计中，阻抗匹配是最基本且重要的课题。阻抗匹配的目标是使信号从电源端传输到负载端时获得最大功率。

Smith圆图发明者菲利普·史密斯于1939年提出，它解决了传输线复杂计算的难题，可以快速有效地实现匹配。特点是由许多圆交织在一起构成一个整体。

对于天线而言，其输入阻抗与结构、工作频率、周围环境和馈电位置等因素有关。手动计算相关参数会变得非常复杂，所以通常我们通过实验测定来获得。通过观察Smith圆图，我们可以快速、简便地获取所需参数。

为了更好地使用Smith圆图，有一些相关的辅助工具可以帮助我们：

ADS（高级设计系统）

Smith V3.10（Smith圆图软件）

VNA（矢量网络分析仪）

在匹配中，通常采用电感和电容的串并联形式。由于Smith圆图由许多圆周交织在一起，我们需要先了解各个圆族群。

阻抗族群：电阻+电抗圆

导纳族群：电导+电纳圆

需要记住以下几点：

从图中经过圆心的两个圆分别是50欧姆的电阻圆和电导圆（以特性阻抗为50Ω为例）。圆上的电阻值不会变化，变化的是电抗的值。

在上半部分，电抗从左到右逐渐增大；在下半部分，电抗从左到右逐渐减小。

VSWR族群（反射系数族群）

我们可以通过观察Smith圆图来判断VSWR的值。例如，当VSWR=2时，圆的半径约等于直径的1/3；当VSWR=3时，圆的半径约等于直径的1/4。最终匹配的目标是将所需点拉到VSWR=2或3的圆内。

Q品质因数

从图中可以看出，越靠近匹配点，Q值越小，带宽越大。

除了上述要点，还需要记住Smith圆图的相关区域特性：

感性+容性：上半部分代表感抗，下半部

在使用Smith圆图时，我们还需要记住一些与特定区域相关的特性。

感性和容性

Smith圆图的上半部分代表感抗，下半部分代表容抗。通过观察圆图可以明显区分出这两种特性。

阻抗

通过电阻轴，我们可以清晰地看到以下三个观察点：

A. 所有圆周只有一个相同的交点，唯一的交点；

B. 最大的圆代表0Ω，即没有电阻，它上面都是电抗（r=0）；

C. 圆圈***一周对应0.5λ。

元器件走向

根据元器件的连接方式，不同类型的元器件在Smith圆图中的表示方式也不同：

并联电感：沿着等电导圆逆时针移动；

并联电容：沿着等电导圆顺时针移动；

串联电感：沿着等电阻圆顺时针移动；

串联电容：沿着等电阻圆逆时针移动。

对于匹配电路的设计，在已知源阻抗和负载阻抗的情况下，借助现有的Smith圆图软件，我们可以很容易地进行设计。在使用Smith圆图时，有两个关键点你必须铭记于心：

了解电感和电容所占的区域；

理解串联和并联电感电容的走势。

通过掌握这些知识，在Smith圆图软件的辅助下，我们可以轻松地设计出匹配电路。Smith圆图对于电子工程师而言是一个非常实用和重要的工具，它能够帮助我们更好地理解和应用阻抗匹配原理。