阻抗匹配是射頻電路設計的一項基本工作,然而只要做阻抗匹配,就離不了這個80年前發明的史密斯圓圖。下圖是一個全功能版的圓圖,密密麻麻的線讓人頭暈眼花。
來,我們大家一起把這張復雜的圖拆解一下。看看這幅圖上究竟集合了幾個圓?
第一個圓:等電阻圓
等電阻圓就是上中紅色的圓,從左往右,從0→1→∞,
第二個圓:等電抗圓
第三個圓:等電納圓
注意:電納和電抗互為倒數,反應到圓圖上就是:
等阻抗圓+等電抗圓+等導納圓就構成了史密斯圓圖的基本要素。下圖也是最簡單實用的一張史密斯圓圖:
第四個圓:等反射系數圓
這個等反射系數圓通常不畫在圓圖上,而是在下面的輔助線標識中,如下圖所示。
所以,綜合起來,史密斯圓圖就這么強大了,那么應該怎么使用呢?
我們先來總結幾個口訣
上感下容中電阻
左短右開中50
遇到匹配不發愁
看向負載往后退
沿著圓圖轉圈圈
串聯電抗并導納
電容往下電感上
我們看一下怎么理解這個順口溜
1,上感下容中電阻
2,左短右開中50
3,電阻為圓,電抗為弧
4 電容往下電感上
記不住不要緊,我們一起完成各簡單的例子,借助一個網頁版的史密斯圓圖工具:https://www.will-kelsey.com/smith_chart/
頻率為432.1MHz,負載阻抗ZL=75-j60,怎么匹配到50歐姆呢?
首先,歸一化負載阻抗z=ZL/Z0=1.5-j1.2, 然后標注到圓圖上
然后選擇L型匹配網絡,先并聯一個電感,沿著等電納圓網上走,走到和50歐姆等電阻圓的交點
這樣,我們只要沿著50歐姆等電阻圓轉到史密斯圓圖中心就搞定了,下容,串聯一個電容試試。
這個阻抗匹配就完成了。