什么是史密斯图表,为什么我需要一个(第1部分)

史密斯图表提供了对射频/微波设计的深入了解。即使你主要从事于低速模拟和混合信号设计,你也可以从熟悉史密斯图表中获益,因为无线产品激增,而高速系列数据信号显示出类似微波的效果。

图1完美的导体以无限的速度携带电流。

当一个信号的波长(象象)接近其所携带的导体的长度时,你就不能再依靠在 图1 ,其中完美的导体携带电流以无限的速度移动。

用射频信号来代替由无限系列分布式阻抗构成的传输线路( 图2 )。史密斯图表简化了复杂数字的计算 X +j y ,经常出现在射频/微波设计中,涉及传输线路和需要阻抗匹配。

图2:当信号的波长接近导体携带的长度时,使用分布式阻阻模型。

为什么阻抗匹配?

两个原因。首先,给出一个具有固定阻抗的源(图1中为50欧),最大功率传递定理表示,如果负载阻抗与源阻抗相匹配,最大功率传输到负载上。 图3 分配负载功率(红色曲线)与。各种负载阻抗(水平轴),表明负载在与源阻抗匹配时吸收最大功率。你可能对这个定理很熟悉。图1中所示的值近似于你可能发现的与接收天线的工作,但该定理也适用于直流和低频设计的高电压。(请注意,天线信号电平通常用DBM表示,而不是用VV表示,但电压值有助于说明定理的工作原理。)

是的,但听起来有些不对劲--如果弹劾相匹配,效率怎么会超过50%呢?

请注意,该定理对设计源阻抗与给定的负载阻抗相匹配毫无意义--对于直流设计,无论负载阻抗如何,您都应尽量减少源阻抗。黑色的痕迹 图3 尽管整体功率下降,但当负载阻抗增加时,效率继续攀升。

图3当负载阻抗等于源阻抗时发生最大功率转移,但对于低频电路而言,当负载阻抗增加时,效率继续提高。

该定理适用于一个固定的,不可改变的源阻抗。如果,如图2所示,您使用的是半波长偶极天线接收信号,则天线呈现(73+J45的)源阻抗,您在选择传输线、低噪声放大器(LNA)或其他组件时必须考虑到这一点。

所以,我应该在接收信号时匹配阻抗,但在传输时最小化源阻抗?

不!我提到了在射频频率上阻抗匹配的两个原因。第二是最小化阻抗不匹配引起的反射,使用反射系数:

这个公式表明如果 ZS = 50 Ω and Zl =150吧,事故功率的一半将从负载反射到源。反射功率永远不会到达你的天线,并作为热量消散,可能损坏你的传输线和功率放大器。

图4史密斯图表包括一个G图,并覆盖它的圆和弧线表示阻抗。

好吧,我是靠阻抗匹配来卖的。史密斯图表对我有什么帮助?

史密斯图表包括一个$伽马的图,并覆盖它的圆和弧线表示阻抗,使您关系到的数字源,线路,和负载阻抗。在…里面 图4 ,在原点等于0,它的大小是1,沿着外黑圈。每个蓝圆和红弧分别代表一个恒定电阻点和电抗点的位置。

第2部分 会给这个图表添加一些具体的数字,并演示一些计算。