推广 热搜: 混合机  200T不锈钢浸出设备  犁刀混合机  螺带混合机  粉体  无重力混合机  半连续物理精炼二楼  液压榨油机  螺旋榨油机  小型榨油机 

史密斯圆图的基础知识以及如何将其用于阻抗匹配

   日期:2019-11-11     浏览:4    
核心提示:史密斯圆图的基础知识以及如何将其用于阻抗匹配
 

史密斯圆图的基础知识以及如何将其用于阻抗匹配

射频项目是电气项目中最幽默和最具应战性的一小块之一,这是由于其恶梦般的任务存在很高的较量争论复杂性,比如互连模块的阻抗成家以及射频筹划方案的实际施行在现今使用分歧软件工具的时代,事宜要容易一些,然则如果您回到较量争论机变得如此弱小畴前的时期,您将相识事务的艰苦。关于第二天的教程,咱们将研讨而今启迪的器械之一,史密斯图(Smith Chart)不停被项目师用于RF设计。我们将研究史密斯圆图的类型,其结构以及如何理解其所包孕的数据。

什么是史密斯圆图?

史密斯圆图以1940年月垦荒的创造家菲利普·史密斯(Phillip Smith)的名字定名,性子上是任意阻抗的复反射系数极坐标图

它开头被开拓用于计划冗杂的数学各地输电旅程问题与娶亲它现在已经换成了总计机软件的电路。然而,多年来显示数据的史密斯圆图方式设法保管了它的爱好,它依然是显示RF参数在一个或多个频次下若何表现的一种选择方法,而另一种方法是将动态制成表格。

史密斯圆图可用于显示多个参数,包括;阻抗,导纳,反射系数,散射参数,噪声系数圆,恒定增益轮廓与无条件刚烈性区域以及机器振动剖析都兴许同时进行。下场,大多数RF综合软件和简单的阻抗测量仪器在显示选项中都包括了史密斯圆图,这使其成为RF工程师的需求主题。

 

史密斯圆图的类型

史密斯圆图以二维方式绘制在复反射系数平面上,并按归一化阻抗(最思空见贯),归一化导纳或二者按比例进行缩放,使用不合的色调区别它们,并用作将它们归类为不同类型的方式。基于这类缩放,史密斯圆图可以或许分为三种差距的类型:

  1. 阻抗史密斯圆图(Z线图)
  2. 导纳史密斯圆图(YCharts)
  3. 阻抗史密斯圆图。(YZ图表)

 

诚然阻抗史密斯圆图最受欢送,而别的史密斯圆图则很少提及,但它们都有本身的“超技巧”,并且在互换使用时尤其有用。接连地凌驾它们;

 

1.阻抗史密斯圆图

阻抗史密斯圆图通常被喻为普通史密斯圆图,由于它们与阻抗无关,而且在由串联元件组成的负载上任务得很好,勾搭元件一般为阻抗受室和另外相关RF工程任务中的首要元素。它们是最受接待的,对史密斯圆图的全部援用一般都指向它们,而别的人则被视为派生图。下图显示了阻抗史密斯圆图。

 旧日的文章重点将放在这些文章上,是以随着文章的发展,将供应更多具体信息。

 

2.导纳史密斯圆图

当勾搭处置惩罚负载时,阻抗表很是有用,因为您要做的等于简单地增多阻抗,但是当使用并联组件(并联电感器,电容器或并联传输线)时,数学运算就变得尤其棘手为了一样容易,启迪了导纳图。在基本的电学种别中,您会记住,导纳就是阻抗的倒数,对于烦复的并联环境,导纳图是有心义的,由于您要做的只不过搜查天线的导纳而不是阻抗,而只需添加他们起来。建立导纳与阻抗之间关连的公式如下所示。

个中YL是负载的导纳ZL是阻抗,C是导纳的实部,称为电导,而S是虚部,喻为电依照下面的关连所描述的相关,导纳史密斯圆图与阻抗史密斯圆图存在相反的偏袒。

下图显示了导纳史密斯圆图。

3.史密斯图

史密斯圆图的繁杂性在列表中增进了。当使用串联元件时,“大众”阻抗的史密斯圆图尤为有用,导纳史密斯圆图关于并联元件很是有用,但当串联和并联元件都列入配置时,会引入一个神奇的困难为大白决这个标题,使用了史密斯图。经过将阻抗史密斯图与导纳史密斯图相互叠加,梗概解决该问题,从字面上看是无效的筹画方案。下图显示了楷模的导纳史密斯圆图。

它与组合导纳与史密斯圆图的材干一样有用。在阻抗成亲勾当中,它有助于肯定并联或串连组件如何以较少的起劲影响阻抗。

 

史密斯图根基

如引言中所述,史密斯圆图以极性内容显示特定负载阻抗的单数反射系数。回到基本的电学种别,您会记得阻抗是电阻与电抗的总和,是以阻抗一般为一个复数,因此,反射系数也是一个复数,由于它由阻抗ZL和“参考”阻抗Z0彻底注定。 

基于此,大约经由过程公式求出反射系数。

史密斯圆图显示复数反射系数

 

此中Zo是发射机的阻抗(或向天线运送功率的任何阻抗),而ZL是负载的阻抗。

 

因此,史密斯圆图性子上是一种显示天线阻抗随频次更换的图形办法,或许显示为单点或点范围。

 

史密斯圆图的组成

一个典型的史密斯圆图很尴尬清各处都有的线,但是一旦您理解了每条线代表什么,就变得更容易理解。

 

阻抗史密斯圆图

阻抗史密斯圆图包含两个主要元素,即两个圆/弧,它们定义了史密斯圆图表现的外形和数据。这些圈子被称为;

  1. 常数R圈
  2. X常数圆圈

 

1.常数R圈

第一组线(喻为“ 恒定电阻线”)构成圆,在水平直径的右手边均相切。当阻抗的电阻有部分维持恒定而X的值变换时,常数R Circles实在便是您获得的。如许,特定常数R圆上的全数点都代表相似的电阻值(固定电阻)。每一个常数R圆所代表的电阻值在水平线上与圆订交的点处符号。一样平常由圆的直径给出。

比方,思量归一化阻抗ZL = R + iX,如果R等于1何况X等于任何实数,则ZL = 1 + i0,ZL = 1 + i3,ZL = 1 + i4,史密斯圆图上的阻抗图将下列图所示。

 

这理应使您相熟史密斯圆图中的宏壮圆圈是若何天生的。最内中与最外面的常数R圆代表史密斯圆图的界限。最里面的圆(彩色)被喻为无限电阻,而最外观的圆被称为零电阻。

 

2.常数X圈

“常量X圆”比圆多为圆弧,并且在水平直径的右端相互相切。它们是在阻抗具备静止电抗电阻值变化时生成的

上半一小块的线代表正电抗,下半部分的线代表负电抗。

譬如,让咱们思虑由ZL = R + iY界说的曲线,如果Y = 1且坚持恒定,而R代表实数,则从0变为无穷大(在上面熟成的常数R圆上绘制(蓝线),获得与下图类似的图。

 

是以,经由将上述两个圆彼此堆叠,大要获得残破的史密斯圆图。

 

导纳史密斯图

对于导纳史密斯圆图,状况恰好相反。相对于于阻抗的导纳由下面的等式1给出,是以,导纳由电导与自感组成,这象征着在史密斯导纳图的状况下,咱们不使用恒定电阻圆,而是使用恒定电导圆而不是拥有“恒定电抗”圆,而是领有“恒定自发度”圆。

请属意,导纳史密斯圆图仍将绘制反射系数,但该图的偏袒与地位将与以下等式中数学建立的阻抗史密斯圆图相反

为了更好地讲明这一点,让咱们思虑归一化导纳Yl = G + i * SG = 4(常数),而S是任何实数。使用上面的方程式3建设史密斯铁匠的恒定电导图,以获得反射系数,并绘制不同S值的图,我们获患了如下所示的史密斯铁匠图。

因而,导纳史密斯圆图将与阻抗史密斯圆图相反。

 

史密斯圆图还存在波长和度数的周向缩放。波长标度用于漫衍式组件题目,代表沿连接在产生器或源与负载之间的传输线到所思索点的间隔。度标度展现该点处电压反射系数的角度。

 

史密斯圆图的使用

史密斯圆图可能在RF项目的全体领域中找到应用。一些最受欢送的运用法式包括:

  • 退职何传输线上,退职何负载下的阻抗计算
  • 退职何负载下退休何传输线上的导纳算计
  • 计较一条短路的传输线以供应所需的电容或电感抗的长度。
  • 阻抗立室。
  • 确定VSWR等。

 

若何使用史密斯圆图发展阻抗成亲

使用史密斯圆图并正文从中得出的后果需要对交流电路与传输线现实有虚假的了解,这两者都是射频工程的天然前提。作为如何使用史密斯圆图的示例,我们将看看它是最风靡的用例之一,即天线与传输线的阻抗立室。

在筹算结婚题目时,史密斯圆图用于必定组件(电容器或电感器)的值,以确保路线完全婚配,即确保反射系数为零。

比方,要是阻抗为Z = 0.5-0.6j。首先要做的是在史密斯圆图上找到0.5恒定电阻圆。由于阻抗具备负双数值,意味着具备电容性阻抗,因而您将需要沿0.5电阻圆逆时针移动,以找到碰着-0.6恒定电抗弧的点(如果为正双数,则为将代表一个电感器,况且您将顺时针挪动)。往后,您将或者意识用于将负载与路线娶亲的组件值。

 

归一化缩放使史密斯圆图可用于波及任何特点或琐屑阻抗的标题问题,这些题目由图的中心点显露。对付阻抗史密斯圆图,最经常使用的归一化阻抗为50欧姆,它概略掀开图形,从而更容易追踪阻抗。一旦经由上述图形组织获患了答案,即笼统经由过程乘以赋性阻抗(导纳)归一化阻抗(或归一化导纳)和响应的非归一化值之间进行转换反射系数是无单位参数,因而可以直接从图表中读取。

 

而且,阻抗和导纳的值随频率而更动,触及它们的题目的繁冗性随频次而增长。可是,史密斯圆图概略用于意图这些问题,一次梗概一个频率,也笼统多个频次。

一次以一种频次手动筹画标题时,结果一般由图表上的一个点展现。尽管对付窄带宽运用而言,这些偶然是“足够的”,但对于触及多个频率的宽带应用而言,这一般是一种坚苦的门径。这样,史密斯圆图合用于遍布的频率范围,只要频率濒临,后果就显示为轨迹(联接多个点)而不是单个点。

这些覆盖史密斯圆图上一系列频次的点的轨迹可用于直观地透露表现:

  1. 负载在整个搜检频次规模内的电容性或电感性
  2. 在种种频率下成家的难易程度
  3. 特定组件的成家水准若何。

 

关于触及较大阻抗或导纳轨迹的问题,史密斯圆图的粗略性会消沉,尽管大要将单个周边的缩放比例缩小以留情这些周边。

史密斯圆图还概略用于集总元素完婚和解析题目。

 
打赏
 
更多>同类资讯

推荐图文
推荐资讯
点击排行
网站首页  |  关于我们  |  联系方式  |  使用协议  |  版权隐私  |  网站地图  |  排名推广  |  广告服务  |  积分换礼  |  网站留言  |  RSS订阅  |  违规举报