微波技术与天线实验1利用史密斯圆图进行阻抗匹配集总电路
《微波技术与天线》实验指导书(DOC)
微波技术与天线实验指导书南京工业大学信息科学与工程学院通信工程系目录实验一微波测量系统的熟悉和调整 - 2 -实验二电压驻波比的测量 - 9 -实验三微波阻抗的测量与匹配 - 12 -实验四二端口微波网络阻抗参数的测量 - 17 -实验一微波测量系统的熟悉和调整一、实验目的1. 熟悉波导测量线的使用方法；2. 掌握校准晶体检波特性的方法；3. 观测矩形波导终端的三种状态（短路、接任意负载、匹配）时，TE10波的电场分量沿轴向方向上的分布。
二、实验原理1. 传输线的三种状态对于波导系统，电场基本解为(1) 当终端接短路负载时，导行波在终端全部被反射――纯驻波状态。
在x=a/2处其模值为：最大值和最小值为：(2) 终端接任意负载时，导行波在终端部分被反射――行驻波状态。
在x=a/2处由此可见，行驻波由一行波与一驻波合成而得。
其模值为：可得到最大值和最小值为：(3) 终端接匹配负载时，导行波仅有入射波而无反射波――行波状态。
其模值为由上述可知，在测量线的终端分别接上短路器、任意负载和匹配负载，移动探针位置，都可以观测到测量线中不同位置的电场强度（复振幅大小）对应的电流指示读数。
2. 由测量线的基本工作原理可知，指示器的读数1是探针所在处|E|对应的检波电流。
任一位置处|E|与I的对应关系应视检波晶体二极管的检波特性而定。
一般，这种关系可通过对二极管定标而确定。
所谓定标，就是找出电场的归一化值|E’|与I的对应关系。
我们知道，当测量线终端短路时：如果我们取任意一零点（波节点）作为坐标起始位置，且坐标用d表示，则：晶体二极管上的检波电压u正比于探针所在处|E’|。
所以上式可用u的归一化值u’来表示。
即：晶体二极管的检波电流I与检波电压u之间的关系为：式中c为比例常数，n为检波率。
式中c’为比例常数。
3. 当测量线的探针插入波导时，在波导中会引入不均匀性，从而影响系统的工作状态。
探针在开槽线中与电场耦合，其效果相当于在等效传输线上并联了一个探针支路。
如何用史密斯圆图进行阻抗匹配
如何用史密斯圆图进行阻抗匹配！！----------------------------------------------------------------------------------------------史密斯圆图红色的代表阻抗圆，蓝色的代表导纳圆！！先以红色线为例！圆中间水平线是纯阻抗线，如果有点落在该直线上，表示的是纯电阻！！例如一个100欧的电阻，就在中间那条线上用红色标2.0的地方；15欧的电阻就落在中间红色标0.3的点上！水平线上方是感抗线，下方是容抗线；落在线上方的点，用电路表示，就是一个电阻串联一个电感，落在线下方的点，是一个电阻串联一个电容。
图上的圆表示等阻抗线，落在圆上的点阻抗都相等，向上的弧线表示等感抗线，向下的弧线表示等容抗线！！可以看出是感是容，是高是低接着讲蓝色线。
因为导纳是阻抗的倒数，所以，很多概念都很相似。
中间的是电导线，图上的圆表示等电导圆，向上的是等电纳线，向下的是等电抗线！用该图进行阻抗匹配计算的基本原则是：是感要补容，是容要加感，是高阻要想办法往低走，是低阻要想办法抬高。
无论在任何位置，均要向50欧（中点）靠拢。
进行匹配时候，在等阻抗圆以及等电导圆上进行换算。
下图表示的是变化趋势！以图上B点为例，如何进行阻抗匹配！！B点所在位置为40+50j，先顺着等电导圆，运动到B1点，再顺着等阻抗圆，运行到终点（50欧）。
按照上贴的运动规律，电路先并电容，再串电容。
由此完成阻抗匹配。
匹配方法讲完了，具体数值可通过RFSIM99计算！！再说点，S参数与SMITCH圆图的关系！！高频三极管，特别是上GHz的，一般都会列出一堆S参数。
以下以C3355 400MHz时候S11参数为例，说明S参数和圆图的关系。
频率|S11| 相位400M 0.054 -77.0根据S参数的定义可知，S11反射系数为0.054，也就是输入功率为1，则反射功率约为0.003。
由于SMITCH图是反射系数的极坐标，因此，可用公式表示，r=0.054(cos(-77/360)+j*sin(-77/360)). r为圆图上的阻抗点。
阻抗匹配与史密斯圆图：基本原理
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。
阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图 基本原理
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、并进行适当调整。
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。
微波大作业Smith圆图的应用
微波大作业班级：作者：应用史密斯圆图提取慢波微带线特征阻抗方法摘要：慢波微带线的多种不连续性和相邻慢波单元的耦合影响了特征阻抗的准确计算,因此在慢波微带线的设计阶段需要一种手段来提取其特征阻抗。
提出一种利用史密斯圆图提取慢波微带线特征阻抗的方法,该方法通过观察慢波微带线的反射系数在史密斯圆图中的图像估计其特征阻抗的大小,并通过反射系数极值计算特征阻抗。
以梳状慢波微带线为例检验该方法,特征阻抗的提取结果与利用S参数提取的结果十分接近,从而证明该方法是一种可行的慢波微带线特征阻抗提取方法。
关键词：慢波微带线特征阻抗史密斯圆图1.引言在微波集成电路活单片微波集成电路中，电路的小型化是有限考虑的设计目标。
慢波微带线可以提高所传到的电磁波的相位常数β，今儿缩短单位电长度微带线的物理长度，一次成为射频器件小型化的一种长度。
慢波微带线的主要特性参量有特征阻抗Zc和相位常数β。
相位常数可以直接测量，儿特征阻抗需要通过间接手段获得。
一般是先计算微带线分布参数和其不连续性引起的寄生参数。
由于寄生参数的计算是基于近似公式并且常常忽略相邻慢波单元的耦合，所以分布参数的计算结果存在误差，进而影响到特征阻抗的精确计算。
因为对特征阻抗的计算存在误差，所以在慢波微带线设计阶段就需要一种手段来估计算结果。
而通过反射系数在史密斯圆图上的图像来提取特征阻抗，恰恰可以解决这个问题2.史密斯圆图的原理史密斯圆图是由菲利普·史密斯(Phillip Smith)于1939年发明的，当时他在美国的RCA公司工作。
一年後，一位名为Kurakawa的日本工程师也声称发明了这种图表。
史密斯曾说过，“在我能够使用计算尺的时候，我对以图表方式来表达数学上的关联很有兴趣”。
史密斯圆图基本在于以下的算式当中的Γ代表其线路的反射系数(reflection coefficient)，即S参数（S-parameter）里的S11，ZL是归一负载值，即ZL / Z0。
Smith圆图在天线阻抗匹配上的应用
Smith圆图在天线阻抗匹配上的应用天线性能的好坏直接决定了所发射信号的强弱，在调试天线时，阻抗匹配、电压驻波比对天线的性能影响很大，在调试阻抗以及驻波比时，利用Smith圆图能够简单方便的提供帮助。
通过Smith圆图，我们能够迅速的得出在传输线上任意一点阻抗、电压反射系数、驻波比等数据。
图1-1Smith圆图如图1-1所示，Smith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)，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)，中轴线以下的为负电抗圆(表现为容性)。
一、利用Smith圆图进行阻抗匹配1、使用并联短截线的阻抗匹配我们可以通过改变短路的短截线的长度与它在传输线上的位置来进行传输网络的匹配，当达到匹配时，连接点的输入阻抗应正好等于线路的特征阻抗。
图2-1并联短截线的阻抗匹配假设传输线特征阻抗的导纳为Yin，无损耗传输线离负载d处的输入导纳Yd=Yin+jB（归一化导纳即为1+jb），输入导纳为Ystub=-jB的短截线接在M点，以使负载和传输线匹配。
在Smith圆图上的操作步骤：1.做出负载的阻抗点A，反向延长求出其导纳点B；2.将点B沿顺时针方向（朝着源端）转动，与r=1的圆交于点C和D；3.点D所在的电抗圆和圆周交点为F；4.分别读出各点对应的长度，B（aλ），C（bλ），F（kλ）；5.可以得出：负载至短截线连接点的最小距离d=bλ-aλ,短截线的长度S=kλ-0.25λ。
图2-2Smith圆图联短截线的阻抗匹配2、使用L-C电路的阻抗匹配在RF电路设计中，还经常用L-C电路来达到阻抗匹配的目的，通常的可以有如下8种匹配模型可供选择：图2-3L-C阻抗匹配电路这些模型可根据不同的情况合理选择，如果在低通情况下可选择串联电感的形式，而在高通时则要选择串联电容的形式。
使用电容电感器件进行阻抗匹配，在Smith圆图上的可以遵循下面四个规则：-沿着恒电阻圆顺时针走表示增加串联电感；-沿着恒电阻圆逆时针走表示增加串联电容；-沿着恒电导圆顺时针走表示增加并联电容；-沿着恒电导圆逆时针走表示增加并联电感。
阻抗匹配与Smith圆图
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。
阻抗匹配与史密斯圆图
阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图：基本原理摘要：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，并给出了MAX2474工作在900MHz时匹配网络的作图范例。
事实证明，史密斯圆图仍然是确定传输线阻抗的基本工作。
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。
射频阻抗匹配与史密斯_Smith_圆图：基本原理详解
阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图：基本原理在处理 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。
图 1. 阻抗和史密斯圆图基础基础知识在介绍史密斯圆图的使用之前，最好回顾一下 RF 环境下(大于 100MHz) IC 连线的电磁波传播现象。
用史密斯圆图做RF阻抗匹配课件
RF阻抗匹配概述
阻抗匹配可以减少信号在传输过程中的反射和能量损失，从而提高信号的传输效率。
提高传输效率
保证信号质量
延长设备寿命
阻抗匹配可以减少信号失真和噪声，从而提高信号的质量。
阻抗匹配可以减少设备的热损耗和磨损，从而延长设备的寿命。
03
02
01
改变传输线的长度和形状
通过改变传输线的长度和形状，可以调整传输线的特性阻抗，从而实现阻抗匹配。
优势
对于复杂的多端口网络，使用史密斯圆图进行阻抗匹配可能较为繁琐。
局限性
04
案例分析
阻抗匹配原理：史密斯圆图是用于阻抗匹配的有力工具，特别是对于50欧姆的负载。通过调整传输线的特性阻抗，可以使其与50欧姆负载匹配，从而最小化信号反射。
操作步骤
1. 在史密斯圆图上找到50欧姆的点。
2. 确定源阻抗。
2. 确定源阻抗。
3. 使用传输线逐步调整，使源阻抗与目标负载匹配。
结果：通过史密斯圆图，可以快速找到非50欧姆负载的最佳阻抗匹配位置。
阻抗匹配原理：在多频段RF应用中，可能需要同时考虑多个频段的阻抗匹配。史密斯圆图可以用来分析不同频段下的阻抗匹配情况。
操作步骤
1. 在史密斯圆图上分别标出各频段的阻抗点。
3. 使用传输线进行逐步调整，使源阻抗与50欧姆负载匹配。
结果：通过史密斯圆图，可以直观地观察到阻抗匹配的过程，并找到最佳的匹配位置。
阻抗匹配原理：对于非50欧姆的负载，同样可以使用史密斯圆图进行阻抗匹配。关键在于找到合适的传输线特性阻抗，以最小化信号反射。
操作步骤
1. 在史密斯圆图上找到目标负载的阻抗点。
随着技术的不断进步，RF系统的复杂性和性能要求也在不断提高。因此，未来的研究将更加关注如何提高史密斯圆图的精度和适应性，以应对更广泛的阻抗匹配需求。
最全的阻抗匹配与史密斯（Smith）圆图基本原理
最全的阻抗匹配与史密斯（Smith）圆图基本原理摘要：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，并给出了MAX2472工作在900MHz时匹配网络的作图范例。
事实证明，史密斯圆图仍然是确定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。
微波大作业Smith圆图的应用
微波大作业Smith圆图的应用微波大作业班级：作者：应用史密斯圆图提取慢波微带线特征阻抗方法摘要：慢波微带线的多种不连续性和相邻慢波单元的耦合影响了特征阻抗的准确计算,因此在慢波微带线的设计阶段需要一种手段来提取其特征阻抗。
提出一种利用史密斯圆图提取慢波微带线特征阻抗的方法,该方法通过观察慢波微带线的反射系数在史密斯圆图中的图像估计其特征阻抗的大小,并通过反射系数极值计算特征阻抗。
以梳状慢波微带线为例检验该方法,特征阻抗的提取结果与利用S参数提取的结果十分接近,从而证明该方法是一种可行的慢波微带线特征阻抗提取方法。
关键词：慢波微带线特征阻抗史密斯圆图1.引言在微波集成电路活单片微波集成电路中，电路的小型化是有限考虑的设计目标。
慢波微带线可以提高所传到的电磁波的相位常数β，今儿缩短单位电长度微带线的物理长度，一次成为射频器件小型化的一种长度。
慢波微带线的主要特性参量有特征阻抗Zc和相位常数β。
相位常数可以直接测量，儿特征阻抗需要通过间接手段获得。
一般是先计算微带线分布参数和其不连续性引起的寄生参数。
由于寄生参数的计算是基于近似公式并且常常忽略相邻慢波单元的耦合，所以分布参数的计算结果存在误差，进而影响到特征阻抗的精确计算。
因为对特征阻抗的计算存在误差，所以在慢波微带线设计阶段就需要一种手段来估计算结果。
而通过反射系数在史密斯圆图上的图像来提取特征阻抗，恰恰可以解决这个问题2.史密斯圆图的原理史密斯圆图是由菲利普·史密斯(Phillip Smith)于1939年发明的，当时他在美国的RCA公司工作。
一年後，一位名为Kurakawa的日本工程师也声称发明了这种图表。
史密斯曾说过，“在我能够使用计算尺的时候，我对以图表方式来表达数学上的关联很有兴趣”。
史密斯圆图基本在于以下的算式当中的Γ代表其线路的反射系数(reflection coefficient)，即S参数（S-parameter）里的S11，ZL是归一负载值，即ZL / Z0。
阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图 基本原理
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。
阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图_基本原理.
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。
阻抗匹配与史密斯(Smith)圆图：基本原理资料
阻抗匹配与史密斯（Smith）圆图：基本原理在处理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。
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。
微波技术实验报告汇总
微波技术与计算机仿真实验报告实验一史密斯圆图与传输线理论的关系1.1 不同负载阻抗所对应的传输线工作状态及其在史密斯圆图上对应的区域；实验步骤：1. 连接负载、传输线和微波端口,传输线长度电路连接如图所示：2. 进一步将负载阻抗设置为50 欧姆，传输线阻抗设置为50 欧姆，传输线长度为0，衰减为0，微波端口阻抗也设置为50 欧姆。
3. 分析计算后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录；4. 将负载阻抗实部设置为小于50 欧姆，虚部为零，其余设置不变，分析后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录；5. 将负载阻抗实部设置为大于50 欧姆，虚部为零，其余设置不变，分析后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录；6. 负载阻抗的实部不变，将负载阻抗的虚部设置为大于0，其余条件不变，分析后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录；7. 负载阻抗的实部不变，将负载阻抗的虚部设置为小于0，其余条件不变，分析后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录；8. 将负载阻抗的实部设置为0，虚部为分别设置为0、大于0，小于0 和10000，其余条件不变，分析后，在阻抗圆图上观察反射系数的位置，将结果填入实验记录；反射系数沿传输线变化在阻抗圆图上的轨迹的观察研究1. 如图1 示连接负载、传输线和微波端口，将频率设置为固定频率2. 将负载阻抗设置为复数，其余参数不变；3. 改变传输线的长度，从0到λ/2 变化（分别选6个以上长度以上进行计算仿真），观察反射系数随传输线长度改变在阻抗圆图上位置的变化，填入实验报告4. 将传输线的衰减值设置为有限值（如5），其余参数不变，重复步骤3，观察反射系数随传输线长度改变在圆图上的变化，将结果填入实验报告。
5. 对步骤2.3和2.4的结果进行分析和比较，总结反射系数幅度和相位随参考面变化的规律并写入实验报告（3）负载阻抗改变与反射系数在阻抗圆图上的变化轨迹的关系1 如步骤1.2图1所示连接负载、传输线和微波端口，将频率设为固定值，传输线的长度设置为0，负载阻抗设置为复数，其余参数不变；2 改变负载阻抗的实部（从小到大变化），虚部不变，观察阻抗圆图上反射系数的变化轨迹，记录结果；3 改变负载阻抗的虚部（从小到大变化），实部不变，观察阻抗圆图上反射系数的变化轨迹，记录结果；实验二阻抗匹配的计算机仿真设计2.1 1/4 波长阻抗变换器的设计1）对复数阻抗负载在50 欧姆传输线系统中，用1/4波长阻抗变换器进行匹配。
微波工程课程设计实验报告材料Smith圆图程序设计
一、摘要Smith圆图主要用语计算微波网络的阻抗、导纳与网络阻抗匹配设计，还可用于设计微波元器件。
Smith圆图软件不仅适用于微波工程设计，也可用于电磁场、微波技术与天线与电波传播等。
本软件可形象的演示圆图上的阻抗值、导纳值与反射系数。
二、设计目的微波网络的正弦稳态分析含有复数计算，运算十分繁琐和耗时。
在计算机运算速度和存不够兴旺以前，图解分析法达到长足开展，其中多年来运用最广的事Smith圆图。
在计算微波传输线输入阻抗、导纳、与阻抗匹配等问题时，它不仅能避开繁琐的公式与复数运算，是工程设计总相关计算简单便捷，而且图解过程物理概念清晰，所的结果直观形象。
但随着计算机技术的飞速开展，图解法在计算精度上的固有缺陷日益显现，因为，圆图的设计精度取决于圆图中必须有足够的圆周数，而且过多的圆周会导致图线过于密集，不便将阻抗，反射系数、电压驻波系数〔VSWR〕与电长度等相关数据从图上直接读出。
通过对圆图构成的根本原理和应用问题的分析，利用现代计算机技术可以解决原图计算精度等问题，为此设计Simth圆图。
三、设计要求圆图软件设计要求计算结果以图形和数据并行输出，整个圆图软件分为用户图形界面模块、圆图计算模块、圆图演示模块。
圆图计算模块分为反射系数计算、单支节匹配计算、输入阻抗计算与整个Smith圆图；画图演示模块分为等归一化电阻圆、等归一化电抗圆、反射系数圆等；确定阻抗值在圆图上的位置、圆图的根本应用、求输入阻抗与其在圆图上的位置以与单支节匹配等问题。
四、程序流程图程序结构模型：功能实现图：五、演示验证过程1、打开Smith圆图软件2、点击“Smith圆图〞按钮，观察到图形区出现了已经画好的圆图，绿色是反射系数圆，紫色是阻抗圆实部，紫色是阻抗圆虚部。
3、在图形区点住鼠标左键不放，此时移动鼠标时，在图形区中自动画出鼠标所在点的Smith圆图，蓝色是反射系数圆，红色是阻抗圆。
在界面的右边可以读出此时的反射系数、阻抗值、导纳值，并且计算出该点的驻波比和行波系数，判断该点是否是波腹或者波节点。
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微波技术与天线实验报告
实验名称：实验1：利用史密斯圆图进行阻抗匹配
（集总参数电路）
学生班级：09级电子信息工程01
学生姓名：李亚慧
学生学号：200940600141
实验日期：2012 -10-31
一、实验目的
学会使用史密斯圆图进行阻抗匹配，利用集总参数电路。
负载阻抗自定，电阻部分不等于50Ω，电抗部分不为0，利用史密斯圆图将此负载匹配成50Ω。
将具体步骤用文字描述出来，并将每步的圆图通过截图粘贴至报告中，最终给出实验结果（匹配电路图以及各元件值）。
实验步骤
1)点击工具栏中的DATAPOINT，选择“mouse”方式，任取一点1，频率为缺省的500MHz。
史密斯圆图中显示出负载的阻抗及反射系数值（如图1）。
如图负载值为150.4+j68.3Ω。
图1窗口
2)采用串联电容匹配电抗部分。
点击SERIES下的C，将鼠标沿着曲线停在圆图的横轴
上（如图2）。
此时电容值为3.6pF.
图2 串联电容匹配电抗部分
3)匹配电阻部分
图3
二、实验结果
匹配电路如图4，这就是一个150.4+j68.3Ω的负载匹配特性阻抗为50Ω的传输线的匹配电路（工
作频率为500MHz）。
其中并联电容值为3.6pf，串联电感值为25.9nH。