【RF专题研习】史密斯圆图需要知道的知识

Author： HulkW
发布时间：November 19, 2022
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Categories： RF专题研习

# 史密斯圆图需要知道的知识

本文为一篇学习笔记类型博文，源链接放在文末，感谢大佬分享知识！
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<div class="panel panel-default collapse-panel box-shadow-wrap-lg"><div class="panel-heading panel-collapse" data-toggle="collapse" data-target="#collapse-9eea70cb42f902f06ad18db5105b0f6226" aria-expanded="true"><div class="accordion-toggle"><span style="">史密斯圆图能干什么用？</span>
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<div id="collapse-9eea70cb42f902f06ad18db5105b0f6226" class="collapse in collapse-content"><p></p>史密斯圆图是做高频电路时匹配阻抗的一种工具。即分析电路对信号的阻碍，阻抗是个矢量，即一个复数，其包括实部电阻成分和虚部电抗部分。两者合并称之为阻抗。阻抗匹配就是在电路上加上电容、电感等期间使其信号源与负载间达到平衡状态。史密斯圆图主要就用来计算接到电路里面的电感电容值。史密斯圆图也可以显示某一电路的频率与阻抗特性。<p></p></div></div></div>

<div class="panel panel-default collapse-panel box-shadow-wrap-lg"><div class="panel-heading panel-collapse" data-toggle="collapse" data-target="#collapse-487ea7241f6e034d943f7b359a32ae2c4" aria-expanded="true"><div class="accordion-toggle"><span style="">史密斯圆图怎么用？</span>
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<div id="collapse-487ea7241f6e034d943f7b359a32ae2c4" class="collapse in collapse-content"><p></p>史密斯圆图相当于一个地图，它上面的每一个点都有具体的复数形式的阻抗值，而其圆心叫做匹配点，即为我们的目标点，通过规划一条路径信号到达那里。然后借助一些软件计算即可。<p></p></div></div></div>

<div class="panel panel-default collapse-panel box-shadow-wrap-lg"><div class="panel-heading panel-collapse" data-toggle="collapse" data-target="#collapse-fc235294f1e22ef0354d41552277f7c533" aria-expanded="true"><div class="accordion-toggle"><span style="">VNA(矢量网络分析仪)上的史密斯圆图有什么用？</span>
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<div id="collapse-fc235294f1e22ef0354d41552277f7c533" class="collapse in collapse-content"><p></p>VNA上的史密斯圆图与曲线并非我们人为绘制的，而是天线的具体特性。它表示在测量频率范围内的阻抗变化。无需关注VNA上的曲线走向和形状，我们只需要关注我们要的特定频率时，曲线上的点是否处于匹配点(史密斯圆图中心)<p></p></div></div></div>

## 史密斯圆图的识图

核心点：一线、两弧和两圆
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### 一线：一根特殊的等虚部线

![电阻线](http://pic-up.yelvlab.cn/8160c10053343e3693f2c86e12a4d2a.png)

史密斯圆图被一条名为电阻线的线分为上下两部分，上半部分叫电感区，那里的点虚部为正值；下半部分叫电容区，那里虚部为负值。而那条线的虚部为0，电阻线是一根特殊的虚部线。电阻线上有三个特殊的点，最左侧为短路点，表示实部为0，虚部也为0的情况；最右侧为断路点，表示实部无穷大，虚部为0的情况；圆心即匹配点，表示实部为标准阻值(一般为50Ω)，虚部为0的情况。这三点在校正仪器时十分重要。

<div class="panel panel-default collapse-panel box-shadow-wrap-lg"><div class="panel-heading panel-collapse" data-toggle="collapse" data-target="#collapse-9167957931e23a7cfd326e5deda01b2496" aria-expanded="true"><div class="accordion-toggle"><span style="">归一化处理</span>
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<div id="collapse-9167957931e23a7cfd326e5deda01b2496" class="collapse in collapse-content"><p></p>电阻线上标的值不一定是实部的电阻值，而是经过归一化处理，即阻抗值与标准组织的比值，而标准阻值根据实际需要来定，通常情况下为50Ω。经过归一化处理的好处是，更多的通用性，因为标准阻值可以为任意值。<p></p></div></div></div>

- 导纳值与归一化导纳值
**导纳值是什么？** 导是电阻的倒数，纳电抗的倒数，加在一起就是导纳值，也是阻抗值的倒数，单位为`西门子 S , 1S = 1000mS`，归一化导纳值就是将导纳值除以0.02S标准导纳值(0.02S = 1/50Ω)

例如标准化阻值为50Ω的史密斯圆图上25欧姆点导纳值为 1/25Ω=0.04S，0.04S/0.02S=2
![](http://pic-up.yelvlab.cn/20221119172816.png)

### 两弧和两圆：等实部圆和等虚部弧

![](http://pic-up.yelvlab.cn/20221119172210.png)

#### 两圆：两种等实部线

与电阻线相切的圆形都是等实部线，红色的叫阻抗圆，绿色的叫导纳圆，我们在电阻线上找到实部阻抗值或者实部导纳值之后，就要沿着阻抗圆或者导纳圆去找虚部值。而电阻线上方的点为正值，代表阻抗虚部呈感性，电阻线以下的点为负值，代表阻抗点的虚部呈容性。

#### 两弧：两种等虚部线

从断路点出发，向史密斯边界放射的叫等电抗弧，而从短路点出发，向史密斯圆图边界放射的叫等电纳弧。这些都是等虚部线。找到实部值之后，就是沿着实部线找到特定值的等虚部线。

![](http://pic-up.yelvlab.cn/20221119173819.png)

## 史密斯圆图上点的调整

上感下容，左并右串
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![](http://pic-up.yelvlab.cn/20221119174044.png)

我们需要做的就是规划一条路径，是目标点到达匹配点，即可，通常情况下到达匹配点的路径有多条，只需要选择一条就好。

当然实际情况下并不能做到正中心的，那么就需要关注驻波比了，在下面的等驻波比圆中，越靠近中心，驻波比越小(越趋近于1)。
在正中心驻波比为1，此时能量全部输出出去了，驻波比为1.5时，表示有4%的功率被反射回去了，而驻波比为2时，反射的功率达到11%。
通常来说，小信号情况，驻波比达到1.5就算作良好匹配了，大功率电台、基站需要控制在1.2以内。

![](http://pic-up.yelvlab.cn/20221119174355.png)

# 参考：
[如何看懂史密斯圆图？](https://www.zhihu.com/question/41565162)

Last modification：November 19, 2022