Smith圆图快速入门
史密斯圆图
反射系数的图形表示
• 已知以负载端为坐标起点，反射系数为与坐标变量Z的关系为：
Γ z Γ L e j
L - 2z ， L 是终端反射系数的相角
• 反射系数的模值和相角的表述形式，也可以写成实部和虚部的形式：
Γ z Γ L e j Γ L cos（z ） j Γ L sin（z ）
反射系数的坐标表示
Γ
i
反射系数圆图上的相角、模值以及与负载距离的关系
• 最大圆的半径对应的反射系数为1， 沿半径向圆心反射系数逐渐减小， 圆心处反射系数为0 • 根据反射系数的相位变化周期是二 分之一波长，圆图旋转一周总长为 λ /2，半周为λ /4 • 终端短路的传输线，其终端反射系 数的相角为180度，因此实轴左边的 端点是负载位置即0λ处
[例3］ 已知传输线如图所示。若负载阻抗为Zl=25+j25Ω，求距离负载 0.2λ处的等效阻抗。 解： •先求出归一化负载阻抗 zl 0.5 j0.5 ，
•在圆图上找出与此相对应的点 P1。因为虚部是 正的，应在横轴以上，又因为实部小于 1 ，该 点应在第二象限
•以圆图中心点 O为中心，以 OP1为半径，顺时 针 ( 向 电 源 方 向 ) 旋 转 0.2λ 到 达 P2 点 ， 即 ： (0.2λ/0.5λ)*2π=0.8 π •查出P2点的归一化阻抗为2-j1.04Ω，将其乘以 特性阻抗即可得到 z=0.2λ 处的等效阻抗为 100j52 Ω。
r
Γ
r
Γ
r
r
1)2 Γ
i
这两个方程是以归一化电阻（图(a)）和归一化电抗（图(b)）为参数的两组圆方程。
• 电阻圆的圆心在实轴(横轴)(r/(1+r)，0)处，半径为1/(1+r)，r愈大圆的半径愈小。 • 当r=0（短路）时，圆心在(0，0)点，半径为1；当r→∞（开路）时，圆心在(1， 0)点，半径为零。即从左至右，电阻越来越大 • 电抗圆的圆心在(1，1/x)处，半径为1/x。由于x可正可负，因此全簇分为两组， 一组在实轴的上方，另一组在下方。当x=0时，圆与实轴相重合；当x→±∞时， 圆缩为点(1，0)。 同样，从左至右电抗的绝对值越来越大。
smith圆图基本知识
史密斯(Smith)圆图知识史密斯圆图史密斯圆图是由很多圆周交织在一起的一个图。
正确的使用它，可以在不作任何计算的前提下得到一个表面上看非常复杂的系统的匹配阻抗，唯一需要作的就是沿着圆周线读取并跟踪数据。
图1. 阻抗和史密斯圆图基础史密斯圆图是反射系数(伽马，以符号Γ表示)的极座标图。
反射系数也可以从数学上定义为单端口散射参数，即s 11。
我们知道反射系数定义为反射波电压与入射波电压之比:负载反射信号的强度取决于信号源阻抗与负载阻抗的失配程度。
反射系数的表达式定义为：i r OL OL inc reflL j Z Z Z Z V V Γ⋅+Γ=+-==Γ （1） 由于阻抗是复数，反射系数也是复数。
为了减少未知参数的数量，可以固化一个经常出现并且在应用中经常使用的参数。
这里Zo (特性阻抗)通常为常数并且是实数，是常用的归一化标准值，如50、75、100和600。
于是我们可以定义归一化的负载阻抗：jx r Z jX R Z Z z O O L +=+==/)(/ （2）据此，将反射系数的公式重新写为：1111/)(/)(++-+=+-=+-=+-=Γ⋅+Γ=Γjx r jx r z z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z j O O L O O L O L O L i r L （3）从上式我们可以看到负载阻抗与其反射系数间的直接关系。
但是这个关系式是一个复数，所以并不实用。
我们可以把史密斯圆图当作上述方程的图形表示。
为了建立圆图，方程必需重新整理以符合标准几何图形的形式(如圆或射线)。
首先，由方程2.3求解出；ir ir L L j j jx r z Γ-Γ-Γ+Γ+=Γ-Γ+=+=1111 （4）并且2222211ir r i r r Γ+Γ⋅-Γ+Γ-Γ-= （5） 令等式2.5的实部和虚部相等，得到两个独立的关系式：2222211ir r i r r Γ+Γ⋅-Γ+Γ-Γ-= （6） 22212i r r ix Γ+Γ⋅-Γ+Γ⋅=（7）重新整理等式（6），经过等式（8）至（13）到最终的方程（14）。
射频工程师必知必会——史密斯圆图
射频工程师必知必会——史密斯圆图这篇文章盘算了很久，迟迟不敢下笔，对于圆图的巧夺天工实在不敢多语。
有人用圆图做阻抗匹配，也有人用圆图做电路调试，甚至还有滤波器的调试。
感谢史密斯大神的圆图，让射频设计变得简单——一切逃不开这个⚪。
今天我们尝试着再去学习一下这个圆，水平有限，还望海涵。
上图所示的就是一个完整版的史密斯圆图，它是一种求解传输线问题的辅助工具，它是在1939年由P.Smith 在贝尔实验室工作时开发的。
也许有人会有疑问，在计算机和计算机辅助设计如此发达的今天，图形在已经用的很少了。
包括我自己也有这样的疑问，我们可以直观的测试得到阻抗曲线，可以利用计算机去模拟优化阻抗匹配。
但是如果我们掌握了史密斯圆图的方法，进入⚪内，也许会有更加直观的见解，开发出关于传输线和阻抗匹配问题的直观想象力。
初看起来，史密斯圆图似乎很可怕，密密麻麻的小字，到底是什么意思？但理解他的关键它基本上就是电压发射系数的极坐标图。
史密斯圆图又称为阻抗圆图，将归一化等电阻圆，归一化的等电抗圆叠画在反射系数复平面上而形成的。
为了使圆图对传输线的特性阻抗具有普遍意义，设计圆图时采用归一化阻抗。
归一化阻抗就是阻抗与所接传输线特性阻抗之比，即：式中的r（z）和x(z)分别为归一化电阻和归一化电抗。
根据前文的介绍，我们知道归一化阻抗与反射系数之间的关系为：利用上式就可以做出反应归一化阻抗和反射系数关系的图。
首先要建立一个坐标系，用反射系数的实部作为横坐标，虚部作为纵坐标。
同时在坐标平面上标明反射系数的模和相角。
然后把归一化电阻和归一化电抗的关系曲线画在该坐标系上，这样就建立了阻抗圆图。
1,建立反射系数复平面反射系数复平面：横坐标:反射系数的实部u，纵坐标: 反射系数的虚部v。
2，等反射系数圆（1）所有点均落在单位圆内。
（2）沿均匀无耗传输线移动时，反射系数的模保持不变，只有相角变化，对应到Γ平面上就是沿着平面上的某一圆旋转。
(a)向信号源方向移动时，z 增大，反射系数相位滞后，对应在Γ平面上沿某圆顺时针方向旋转；(b)向负载方向移动时，z 减小，反射系数的相位超前，对应在Γ 平面上沿某圆向逆时针方向旋转;(c)在圆图上标有旋转时对应的波长数。
2-4史密斯Smith圆图（传输线理论的计算工具）（可编辑）
2-4史密斯Smith圆图(传输线理论的计算工具)Smith圆图－传输线理论的计算工具主要内容： Smith圆图的参量 Smith圆图的构造Smith圆图的应用使用圆图前提：归一化 2.等x圆常用：圆图上特殊的三个点三点：匹配点O 短路点A 开路点B l开路、短路点（全反射的驻波）：计算沿线各点的阻抗、反射系数、电压驻波比等方向小结： * * 一：Smith圆图的参量史密斯圆图 Smith chart 是利用图解法来求解无耗传输线上任一点的参数。
围绕以下三个公式： 2.反射系数 1.输入阻抗 3. 电压驻波比阻抗归一：圆图作用：使我们可能在一有限空间读出无耗传输线的三个参量Z、Γ、和ρ。
ZL d＝0 二： smith圆图的构造 1.归一化电阻圆：等r圆2.归一化电抗圆：等x圆 3. 反射系数模值圆：等圆等式两端展开实部和虚部，并令两端的实部和虚部分别相等。
归一化阻抗圆上式为两个圆的方程。
可得代入上式为归一化电阻的轨迹方程，当r等于常数时，其轨迹为一簇圆； 1.等r圆半径圆心坐标 r 0；圆心（0，0）半径 1 r 1；圆心（0.5，0）半径 0.5 r ∞；圆心（1，0）半径 0 归一化电抗的轨迹方程，当x等于常数时，其轨迹为一簇圆弧；在的直线上半径圆心坐标 x +1；圆心（1，1）半径 1 x -1；圆心（1，-1）半径 1 x 0；圆心（1，∞）半径∞x ∞；圆心（1，0）半径 0 Gi Gr 归一化阻抗圆：等r圆和等x圆例：在圆图上具体的找归一化阻抗点：z＝1＋j 分两步：（1）找r＝1的电阻圆（2）找x＝1的电抗圆 r 1 X 1 传输线上任一点的反射系数为：是一簇|G|?1同心圆。
3. 等圆复角增加复角减少例：在圆图上具体的找反射系数点：分两步：（1）找大小为0.6的等圆（2）找角度为45度的线等反射系数模值圆对应于驻波比也是一簇同心圆说明：等驻波比圆 B A O 三个点的物理意义 l匹配点（没反射的行波）：中心点O 对应的电参数：匹配点 O 开路点纯电抗圆与正实轴的交点B（阻抗无穷）B A 短路点电抗圆与负实轴的交点A（阻抗为0）纯电抗圆三：Smith圆图应用应用过程分以下三步： 1.起点（已知P） 2.终点（所求Q） 3.旋转（方向） ZL 传输线上的点与圆图上的点一一对应，所以圆图可以用来： Q P L 向电源：d 增加―从负载移向信号源，在圆图上顺时针方向旋转；向负载：d减小―从信号源移向负载，在圆图上逆时针方向旋转； ZL d＝0 例1 已知：求：距离负载0.24波长处的Zin. 解：查史密斯圆图，其对应的向电源波长数为则此处的输入阻抗为: 向电源顺时针旋转0.24 等半径 ZL 0.24l 思考：已知输入阻抗，求距离0.24波长处的负载阻抗？。
Smith圆图快速入门
Smith 圆图快速入门
从Smith chart 我们不仅可以简化计算，同时还它还可以帮助我们理好的理解长线理论中的概念的现实含义以及它本身。
由于纳圆图（Y-Smith chart ）与阻抗圆图（Z-Smith chart ）有简单的对应关系，所以下边我们仅对阻抗圆图（Z-Smith chart ）的特点作一个归纳。
如下图图7所示，阻抗圆图可以提供四个数据：X 、R 、Γ和相位θ；在横坐标上半部分电抗呈感性，横坐标下半部分电抗呈容性；在坐标为（1，0）处表示传输线终端呈开路（开路点）；（-1，0）对应于终端短路点；开路点与短路点之间相差π相位；电压波腹都落在正的横坐标轴，电压波节落在负的横坐标轴上；处于最外边的圆（1=Γ）代表驻波状态，其上半个圆代表纯电感，其下半圆代表纯电容；坐标原点代表阻抗匹配点（0=Γ）。
图7. 阻抗圆图特性
阻抗圆图关系表
1．三个特殊点。
3_smith圆图
XL
先进行归一化，然后 再确定电长度dmin/ 、 dmax/ 。 波节
ji
dmax、
r
RL
波腹 dmin
注意：顺时针旋转
例题
例3、已知负载归一化阻
抗 Z L，求VSWR和L。
Rmax VSWR
ji
XL
例题
例1、已知 Z L 和距离l，求 Zin 。
ji
Rin
XL
RL X in
rl Leabharlann 例题例2、负载阻抗 Z L 30 j 60 与长为d=2cm的50欧传输线相 连，工作频率为2GHz。求输入阻抗 Zin 。假定相速度是光 速的50%。 解题思路： ZL Z0 j 71.56o L Z Z 2 / 5e L 0 2 f 2 83.77 m1 vp
X 与 1 x 圆与单位圆的交 点关于虚轴对称； X 与 1 x 圆与单位圆的 交点关于原点对称；
x0
r
x
x 0.5
x 1
x 2
3.2.2 阻抗圆图
3.2.2 阻抗圆图
Smith阻抗圆图的特点： 上半圆内的阻抗为感抗， X L 0 下半圆内的阻抗为容抗， X C 0 实轴上的阻抗为纯电阻；
1 r
2
2 i
j
1 r
2i
2
i2
电阻圆
r 1 2 r i 1 r 1 r
2 2
2
2
圆心坐标
r , 0 ，半 1 r
径
1 1 r。
史密斯圆图口诀
史密斯圆图口诀
史密斯圆图口诀
左导纳与右阻抗，上电感和下电容。
阻抗导纳四组切，小圆无穷大圆零。
串感并容顺时针，阻抗串联导纳并。
驻波反射同心圆，小圆行波大无穷。
解释：
史密斯圆图的左边是导纳圆图，右边是阻抗圆图。
上面呈现感性，下面呈现容性。
等电阻、等电抗、等电导、等电纳圆分别是四组相切的圆，切点坐标分别为（1,0）和（-1,0）。
这四组相切的圆，小圆退化成点，代表着阻抗或者导纳无穷大，这时的反射系数为1或者-1。
无论阻抗还是导纳圆图的最大圆都代表阻、导、抗、纳为零。
圆图在使用时，串联电感或并联电容的操作，沿着等电阻圆或等电导圆顺时针旋转，而并联电感或串联电容，则逆时针旋转。
在串联操作时使用阻抗圆图，在并联操作时使用导纳圆图。
等驻波比圆和等反射系数圆是以匹配点为圆心的同心圆。
在匹配点和接近匹配点的小圆时基本处于行波状态，半径越大驻波比越大，反射系数也越大，驻波比最大可以到无穷大，反射系数最大到1。
(完整word版)smith史密斯圆图(个人总结),推荐文档
smith chart史密斯圆图总结史密斯圆图(Smith chart)是一款用于电机与电子工程学的圆图，是最著名和最广泛的用于求解传输线问题的图解技术。
主要用于传输线的阻抗匹配上。
一条传输线(transmission line)的电阻抗力(impedance)会随其长度而改变，要设计一套匹配(matching)的线路，需要通过不少繁复的计算程序，史密斯圆图的特点便是省却一些计算程序。
Smith圆图的构成：等反射系数圆、阻抗圆图、导纳圆图。
史密斯圆图的基础在于以下的算式Γ= (Z - 1)/(Z+ 1)Γ代表其线路的反射系数(reflection coefficient)，即S-parameter里的S11，Z是归一负载值，即ZL / Z0。
当中，ZL是线路的负载值Z0是传输线的特征阻抗值，通常会使用50Ω。
圆图中的横坐标代表反射系数的实部，纵坐标代表虚部。
圆形线代表等电阻圆，每个圆的圆心为1/(R+1),半径为R/(R+1).R为该圆上的点的电阻值。
中间的横线与向上和向下散出的线则代表阻抗的虚数值，即等电抗圆，圆心为1/X,半径为1/X.由于反射系数是小于等于1的，所以在等电抗圆落在单位圆以外的部分没有意义。
当中向上发散的是正数，向下发散的是负数。
圆图最中间的点(Z=1+j0, Γ=0)代表一个已匹配(matched)的电阻数值(此ZL=Z0，即Z＝1)，同时其反射系数的值会是零。
圆图的边缘代表其反射系数的幅度是1，即100%反射。
在图边的数字代表反射系数的角度(0-180度)。
有一些圆图是以导纳值(admittance)来表示，把上述的阻抗值版本旋转180度即可。
圆图中的每一点代表在该点阻抗下的反射系数。
该电的阻抗实部可以从该电所在的等电阻圆读出，虚部可以从该点所在的等电抗圆读出。
同时，该点到原点的距离为反射系数的绝对值，到原点的角度为反射系数的相位。
由反射系数可以得到电压驻波比和回波损耗。
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Smith 圆图快速入门
从Smith chart 我们不仅可以简化计算，同时还它还可以帮助我们理好的理解长线理论中的概念的现实含义以及它本身。
由于纳圆图（Y-Smith chart ）与阻抗圆图（Z-Smith chart ）有简单的对应关系，所以下边我们仅对阻抗圆图（Z-Smith chart ）的特点作一个归纳。
如下图图7所示，阻抗圆图可以提供四个数据：X 、R 、Γ和相位θ；在横坐标上半部分电抗呈感性，横坐标下半部分电抗呈容性；在坐标为（1，0）处表示传输线终端呈开路（开路点）；（-1，0）对应于终端短路点；开路点与短路点之间相差π相位；电压波腹都落在正的横坐标轴，电压波节落在负的横坐标轴上；处于最外边的圆（1=Γ）代表驻波状态，其上半个圆代表纯电感，其下半圆代表纯电容；坐标原点代表阻抗匹配点（0=Γ）。
图7. 阻抗圆图特性
阻抗圆图关系表
1．三个特殊点。