什么是史密斯圖表,為什么我需要一個(第1部分)

史密斯圖表提供了對射頻/微波設(shè)計的深入了解。即使你主要從事于低速模擬和混合信號設(shè)計,你也可以從熟悉史密斯圖表中獲益,因為無線產(chǎn)品激增,而高速系列數(shù)據(jù)信號顯示出類似微波的效果。

圖1完美的導(dǎo)體以無限的速度攜帶電流。

當(dāng)一個信號的波長(象象)接近其所攜帶的導(dǎo)體的長度時,你就不能再依靠在 圖1 ,其中完美的導(dǎo)體攜帶電流以無限的速度移動。

用射頻信號來代替由無限系列分布式阻抗構(gòu)成的傳輸線路( 圖2 )。史密斯圖表簡化了復(fù)雜數(shù)字的計算 X +j y ,經(jīng)常出現(xiàn)在射頻/微波設(shè)計中,涉及傳輸線路和需要阻抗匹配。

圖2:當(dāng)信號的波長接近導(dǎo)體攜帶的長度時,使用分布式阻阻模型。

為什么阻抗匹配?

兩個原因。首先,給出一個具有固定阻抗的源(圖1中為50歐),最大功率傳遞定理表示,如果負載阻抗與源阻抗相匹配,最大功率傳輸?shù)截撦d上。 圖3 分配負載功率(紅色曲線)與。各種負載阻抗(水平軸),表明負載在與源阻抗匹配時吸收最大功率。你可能對這個定理很熟悉。圖1中所示的值近似于你可能發(fā)現(xiàn)的與接收天線的工作,但該定理也適用于直流和低頻設(shè)計的高電壓。(請注意,天線信號電平通常用DBM表示,而不是用VV表示,但電壓值有助于說明定理的工作原理。)

是的,但聽起來有些不對勁--如果彈劾相匹配,效率怎么會超過50%呢?

請注意,該定理對設(shè)計源阻抗與給定的負載阻抗相匹配毫無意義--對于直流設(shè)計,無論負載阻抗如何,您都應(yīng)盡量減少源阻抗。黑色的痕跡 圖3 盡管整體功率下降,但當(dāng)負載阻抗增加時,效率繼續(xù)攀升。

圖3當(dāng)負載阻抗等于源阻抗時發(fā)生最大功率轉(zhuǎn)移,但對于低頻電路而言,當(dāng)負載阻抗增加時,效率繼續(xù)提高。

該定理適用于一個固定的,不可改變的源阻抗。如果,如圖2所示,您使用的是半波長偶極天線接收信號,則天線呈現(xiàn)(73+J45的)源阻抗,您在選擇傳輸線、低噪聲放大器(LNA)或其他組件時必須考慮到這一點。

所以,我應(yīng)該在接收信號時匹配阻抗,但在傳輸時最小化源阻抗?

不!我提到了在射頻頻率上阻抗匹配的兩個原因。第二是最小化阻抗不匹配引起的反射,使用反射系數(shù):

這個公式表明如果 ZS = 50 Ω and Zl =150吧,事故功率的一半將從負載反射到源。反射功率永遠不會到達你的天線,并作為熱量消散,可能損壞你的傳輸線和功率放大器。

圖4史密斯圖表包括一個G圖,并覆蓋它的圓和弧線表示阻抗。

好吧,我是靠阻抗匹配來賣的。史密斯圖表對我有什么幫助?

史密斯圖表包括一個$伽馬的圖,并覆蓋它的圓和弧線表示阻抗,使您關(guān)系到的數(shù)字源,線路,和負載阻抗。在…里面 圖4 ,在原點等于0,它的大小是1,沿著外黑圈。每個藍圓和紅弧分別代表一個恒定電阻點和電抗點的位置。

第2部分 會給這個圖表添加一些具體的數(shù)字,并演示一些計算。