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<1>史密斯(Smith)圆图的應用與阻抗整合
前言 印刷電路板的pattern線路有很多必需是借助thruogh hole完成線路路徑的佈局，對低頻電路而言thruogh hole幾乎不會對該電路產生不良影響，不過高頻電路的阻抗(impedance)整合卻扮演關鍵性角色，換言之若將具有thruogh hole的線路當作一般傳輸線路處理，就會面臨許多超乎預期的困擾，主要原因是在傳輸線路上如果設有thruogh hole，該部位就會產生非連續性點阻抗，而該點或多或少會形成反射波，最後造成電路誤動作，類比電路的精度發生誤差等嚴重後果。 該反射波的反射程度是用反射係數表示，它是用複素數處理變成複素量。雖然電子電路經常使用複素數與admittance等計算方式，不過實際上複素數計算相當煩瑣，其中傳輸線路與高頻電路常用的複素數計算，如果改成史密斯特性圖表(Smith chart)方式，就可輕鬆獲得相同的計算結果。有鑑於此，本文將介紹史密斯特性圖表(Smith chart)使用上必需注意的事項。
反射係數 反射係數是表示整合狀態的尺度，反射係數是負載阻抗與傳輸線路特性阻抗Z0 相異時，部份入射電力未被負載吸收，變成反射電力折返信號源時，入射電力與反射電力的比亦即反射係數可由下式求得: Γ＝反射波/入射 也就是說反射係數是具有大小與位相的量，它可由上式ZR 與 Z0 兩個阻抗關係求得，此外式(1)可轉換成下式: 【試算例1】 假設傳輸線路特性阻抗 Z0 為50Ω，負載阻抗分別是0Ω、50Ω、1kΩ、j50Ω時，反射係數Г=0.5ㄥ450 ，<2>微波集成电路设计Smith圆图与阻抗匹配网络
李芹，王志功
东南大学射频与光电集成电路研究所
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传输线的传播特性：沿线电压、电流和反射系数
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传输线的传播特性：电压电流、反射系数
jkztjjkztjjkztjjkztjeeIeeItzIeeVeeVtzV−−+−−+−=+=ωωωω),(),()1()1(),(22jkzLjkztjjkzjkztjeeeVeVVeeVtzV−+−+−+Γ+=+=ωω))(1(),(zeeVtzVjkztjΓ+=+ω类似可推：))(1(),(zeeItzIjkztjΓ−=+ωjkzLez2)(−Γ=Γ
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传输线的传播特性：反射系数jkzLez2)(−Γ=Γ
上式表明：线上任意位置z处的反射系数一般情况下为一复数，其模等于终端反射系数的模，相位比终端反射系数的相位落后2kz，即相当于顺时针方向转动2kz相角。
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传输线的传播特性：沿线电压、电流分布
))(1(),(zeeVtzVjkztjΓ+=+ω
􀂃沿线电压呈非正弦的周期分布
􀂃电压分别有最大值（波腹）和最小值（波节）)(1min),(min)(1max),(maxminmaxzVtzVVzVtzVVΓ+==Γ+==++
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传输线的传播特性：沿线电压、电流分布 <3>阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图: 基本原理
本文利用史密斯圆图作为RF阻抗匹配的设计指南。文中给出了反射系数、阻抗和导纳的作图范例，并用作图法设计了一个频率为60MHz的匹配网络。
实践证明：史密斯圆图仍然是计算传输线阻抗的基本工具。
在处理RF系统的实际应用问题时，总会遇到一些非常困难的工作，对各部分级联电路的不同阻抗进行匹配就是其中之一。一般情况下，需要进行匹配的电路包括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、LNA/VCO输出与混频器输入之间的匹配。匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。
在高频端，寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配网络具有明显的、不可预知的影响。频率在数十兆赫兹以上时，理论计算和仿真已经远远不能满足要求，为了得到适当的最终结果，还必须考虑在实验室中进行的RF测试、并进行适当调谐。需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标元件值。
有很多种阻抗匹配的方法，包括:
• 计算机仿真: 由于这类软件是为不同功能设计的而不只是用于阻抗匹配，所以使用起来比较复杂。设计者必须熟悉用正确的格式输入众多的数据。设计人员还需要具有从大量的输出结果中找到有用数据的技能。另外，除非计算机是专门为这个用途制造的，否则电路仿真软件不可能预装在计算机上。
• 手工计算: 这是一种极其繁琐的方法，因为需要用到较长(“几公里”)的计算公式、并且被处理的数据多为复数。
• 经验: 只有在RF领域工作过多年的人才能使用这种方法。总之，它只适合于资深的专家。
• 史密斯圆图: 本文要重点讨论的内容。
本文的主要目的是复习史密斯圆图的结构和背景知识，并且总结它在实际中的应用方法。讨论的主题包括参数的实际范例，比如找出匹配网络元件的数值。当然，史密斯圆图不仅能够为我们找出最大功率传输的匹配网络，还能帮助设计者优化噪声系数，确定品质因数的影响以及进行稳定性分析。
【文件名】:09812@52RD_0879@52RD_斯密斯阻抗.rar
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发表于 2009-8-12 20:18:28
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