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Smith

Smith Chart的使用

软件界面

Retum Loss是回波损耗

元器件

串联电容电感

串联元器件沿等电阻圆,也就是红色圆移动,目标移动到开路点

开路点就是最右边阻抗无穷大的地方

串电容在上面,串电感是在下面

串联电感越大,顺时针方向旋转的角度越大

串联电容越小,则逆时针方向旋转角度越大

并联电容电感

并联元件沿等电导圆也就是蓝色圆移动,目标是移动到短路点

并电感在上,并电容在下

并联电感越小,则逆时针方向旋转的角度越大

并联电容雪大,则顺时针方向旋转的角度越大

在匹配时,要求高低通特性?

电路具有高通特性,那肯定就是串联电容,并联接地电感

电路具有低通特性,要求串联电感,再并联电容到地

串联微带线

放大器的馈电在高频都喜欢用1/4波长微带线将电容短路转换为开路,使信号无法通过馈电支路。

这个馈电方法除了以上功能,还有一个功能就是对于信号的2/4/6…偶次频率的谐波都看到的是电容短路,这样对偶次谐波是有抑制效果的。而且对于PA的供电这个馈电线还可以过大电流。

偶数次谐波抑制

对于二次谐波,频率翻倍,相当于波长减半,原本的四分之一波长变换器对于二次谐波相当于转了360°,二次谐波相当于直接被电容短路,偶次谐波同理。

Line是串联传输线图标,OS是殡殓中断开路传输线,SS是并联中断短路传输线

串联传输线匹配公式

β 是传输线理论中的 相位常数,表示电磁波在传输线上传播时,单位长度内产生的相位变化,单位为 rad/m

物理意义:

每前进1米距离,波的相位滞后(或超前)β弧度

β与频率 f的关系为:

∠=βL 表示一段长度为 L 的传输线引起的 总相位变化,单位为 rad

电磁波从传输线输入端传播到输出端时,相位整体滞后的角度

例如:

  • 当 L=λ/4L = \lambda/4L=λ/4 时,βL=π/2\beta L = \pi/2βL=π/2(90°);
  • 当 L=λ/2L = \lambda/2L=λ/2 时,βL=π\beta L = \piβL=π(180°)。

串联传输线在Smith Chart上的规律

在Z0=50Ω的圆图中,ZL串联50Ω传输线在圆图中的走向就是沿中心点通过ZL的圆顺时针转圈,旋转角度就是2βL。若传输线长度为四分之一波长则旋转2*90=180°,半波长旋转360°回到原来ZL的位置。

终端短路传输线匹配

终端短路传输线输入阻抗公式

模拟电感

并联终端短路传输线就相当于接了一个电感直接到地,旋转规律和并联电感一致,沿等电导圆逆时针旋转。

当L=0的时候相当于直接短路到地,当 时,相当于接了一个开路的器件,ZL回到原来的位置。

从ZL位置沿逆时针旋转直到短路点,传输线长度从λ/4 变成0,从短路点再旋转到ZL位置,传输线长度从λ/2减小到λ/4。

模拟电容

逆时针从短路点旋转到ZL位置,传输线模拟电容的变化;

如果是并联电容顺时针转向短路点,相当于电容越来越大

从L=λ/4变长到λ/2的短路线相当电容越来越大

从上半圆转就是电感,下半圆转是电容

终端开路传输线输入阻抗公式

规律

并联终端开路传输线(小于λ/4 )就相当于并联了一个电容直接到地,旋转规律和并联电容一致,沿等电导圆逆时针旋转。

从L=0增大到λ/4 相当于电容越来越大

从λ/4 增大到λ/2时,相当于并联电感,L越大电感值越大

λ/2时电感无穷大,回到原有负载阻抗点

典型应用:

1.λ/4开路传输线等效为串联谐振到地,相当于一个带阻滤波器

2.

3.

四分之一波长阻抗变换器

定义以及作用

纯电阻负载ZL与特性阻抗为Z0的传输线连接时,如果ZL≠Z0,传输线上会产生反射波,传输线处于失配状态,此时在传输线与负载电阻之间加一段长度为四分之一波长的奇数倍的匹配线可实现传输线与负载之间的匹配。此电路装置为四分之一波长变换器。

缺点

单一频点匹配,窄带匹配

因为波长和频率是相关的,对于固定长度的一段传输线,只对某特定的频率满足四分之一波长这个条件。

RL越接近特征阻抗Z0,四分之一波长的带宽越宽

在Smith Chart上

如果Zin<ZL,那么Zin会在ZL的左侧,四分之一波长阻抗变换器走的是电容区域,将阻抗从大变小,Z1介于ZL和Zin之间

如果Zin > ZL,那么Zin会在ZL的右侧,四分之一波长阻抗变换器走的是电感区域,将阻抗从小变大,Z1介于ZL和Zin之间