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湖南工業(yè)大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)資 料 袋 湖南工業(yè)大學(xué) 學(xué)院(系、部) 2010 2011 學(xué)年第 二 學(xué)期 課程名稱(chēng) 微波技術(shù)與天線(xiàn) 指導(dǎo)教師 邱銀安 職稱(chēng) 副教授 學(xué)生姓名 曾輝 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 通信081 學(xué)號(hào) 07450000106 題 目 史密斯圓圖與應(yīng)用 成 績(jī) 起止日期 2011 年 6 月 20 日 2011 年 6月 26日目 錄 清 單序號(hào)材 料 名 稱(chēng)資料數(shù)量備 注1課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)12課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)13源程序145湖南工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)20102011 學(xué)年第 2 學(xué)期 計(jì)算機(jī)與通信 學(xué)院 通信工程 專(zhuān)業(yè) 通信081 班級(jí)課程名稱(chēng): 微波技術(shù)與天線(xiàn) 設(shè)計(jì)題目: 史密斯圓圖分析與應(yīng)用 完成期限:自 2011 年 6 月 20 日至 2011 年 6 月 26 日共 1 周內(nèi)容及任務(wù)一、設(shè)計(jì)的主要技術(shù)(參數(shù)):史密斯圓圖,史密斯圓圖演示軟件二、設(shè)計(jì)任務(wù)1.了解史密斯圓圖的原理和作用;2.學(xué)會(huì)使用史密斯圓圖分析問(wèn)題。三、設(shè)計(jì)工作量1周完成進(jìn)度安排起止日期工作內(nèi)容6月20日分組、任務(wù)分配、課題理解6月21日功能分析、程序設(shè)計(jì)6月22日-6月24日實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和測(cè)試6月25日-6月26日總結(jié)、書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告參考資料1 王新穩(wěn),李萍. 微波技術(shù)與天線(xiàn),電子工業(yè)出版社,2009年2 廖承恩.微波技術(shù)基礎(chǔ).西安電子科技大學(xué)出版社,1995年3.吳萬(wàn)春,梁昌洪.微波網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用.國(guó)防工業(yè)出版社,1980年指導(dǎo)教師(簽字): 年 月 日系(教研室)主任(簽字): 年 月 日微波技術(shù)與天線(xiàn)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)史密斯圓圖分析與應(yīng)用起止日期: 2011年6月20日 至 2011年6月26日學(xué)生姓名曾輝班級(jí)通信081班學(xué)號(hào)07450000106成績(jī)指導(dǎo)教師(簽字)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院2011年 6 月 25 日課題名稱(chēng)微波技術(shù)與天線(xiàn)人 數(shù)5人組 長(zhǎng)歐陽(yáng)阿玲同組人員朱雄偉、丁春雨、吳多志、曾輝課題的主要內(nèi)容和要求主要內(nèi)容:1.了解史密斯圓圖的原理和作用;2.學(xué)會(huì)使用史密斯圓圖分析問(wèn)題。課題要求:1實(shí)時(shí)顯示史密斯圓圖上的阻抗值和歸一化阻抗值;2實(shí)時(shí)顯示導(dǎo)納圓圖和歸一化導(dǎo)納值;3并聯(lián)單可變匹配長(zhǎng)度的計(jì)算;4并聯(lián)雙可變匹配長(zhǎng)度的計(jì)算;5駐波系數(shù)、反射系數(shù)模和幅角;6傳輸線(xiàn)歸一化長(zhǎng)度并顯示行駐波的波形;7計(jì)算傳輸線(xiàn)的輸入阻抗和歸一化輸入阻抗;具體任務(wù)1、理解整個(gè)課程設(shè)計(jì)思想;2、完成相關(guān)程序設(shè)計(jì);3、完成程序代碼設(shè)計(jì);4、完成整個(gè)設(shè)計(jì)的驗(yàn)證;時(shí)間安排與完成情況2011年6月20日:課程設(shè)計(jì)分組并選題,組長(zhǎng)分配各成員任務(wù),明確此次課程設(shè)計(jì)要求。2011年6月21:對(duì)該課題進(jìn)行原理分析、程序設(shè)計(jì)。2011年6月2224日:運(yùn)行并調(diào)試程序,觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果,進(jìn)行小組討論。2011年5月25日26日:小組總結(jié)后完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。目 錄第一章、史密斯圓圖的基本介紹51.1 史密斯圓圖的介紹51.2 史密斯圓圖的理論分析6第二章、史密斯圓圖的基本原理7第三章、史密斯圓圖的應(yīng)用83.1 用史密斯圖求VSWR83.2 用史密斯圖求導(dǎo)納93.3 利用史密斯圖進(jìn)行阻抗匹配10第四章、史密斯圓圖的應(yīng)用程序11心得體會(huì)11第一章、史密斯圓圖的基本介紹1.1 史密斯圓圖的介紹史密斯圖(Smith chart)是一款用于電機(jī)與電子工程學(xué)的圖表,主要用于傳輸線(xiàn)的阻抗匹配上。 實(shí)部r=常數(shù)和虛 x常數(shù),兩族正交直線(xiàn)變化為正交圓并與反射系數(shù)|G|=常數(shù)和虛部x常數(shù)套用而成。 該圖表是由菲利普史密斯(Phillip Smith)于1939年發(fā)明的,當(dāng)時(shí)他在美國(guó)的RCA公司工作。史密斯也許不是圖表的第一位發(fā)明者,一位名為Kurakawa的日本工程師聲稱(chēng)早于其一年發(fā)明了這種圖表。史密斯曾說(shuō)過(guò),“在我能夠使用計(jì)算尺的時(shí)候,我對(duì)以圖表方式來(lái)表達(dá)數(shù)學(xué)上的關(guān)聯(lián)很有興趣?!笔访芩箞D的基本在于以下的算式: Smith 圓圖當(dāng)中的代表其線(xiàn)路的反射系數(shù)(reflection coefficient),即S-parameter里的S11,zL是歸一負(fù)載值,即ZL / Z0。當(dāng)中電路的負(fù)載值Z0是傳輸線(xiàn)的特性阻抗值,通常會(huì)使用50。圖表中的圓形線(xiàn)代表電阻抗力的實(shí)數(shù)值,即電阻值,中間的橫線(xiàn)與向上和向下散出的線(xiàn)則代表電阻抗力的虛數(shù)值,即由電容或電感在高頻下所產(chǎn)生的阻力,當(dāng)中向上的是正數(shù),向下的是負(fù)數(shù)。圖表最中間的點(diǎn)(1+j0)代表一個(gè)已匹配(matched)的電阻數(shù)值(ZL),同時(shí)其反射系數(shù)的值會(huì)是零。圖表的邊緣代表其反射系數(shù)的長(zhǎng)度是1,即100%反射。在圖邊的數(shù)字代表反射系數(shù)的角度(0-180度)和波長(zhǎng)(由零至半個(gè)波長(zhǎng))。有一些圖表是以導(dǎo)納值(admittance)來(lái)表示,把上述的阻抗值版本旋轉(zhuǎn)180度即可。1.2 史密斯圓圖的理論分析一、圓圖概念圓圖是求解均勻傳輸線(xiàn)有關(guān)阻抗計(jì)算和阻抗匹配問(wèn)題的一類(lèi)曲線(xiàn)坐標(biāo)圖,圖上有兩組坐標(biāo)線(xiàn),即歸一化阻抗或?qū)Ъ{的實(shí)部和虛部的等值線(xiàn)簇與反射系數(shù)的模和輻角的等值線(xiàn)簇。所有這些等值線(xiàn)都是圓或圓弧,故稱(chēng)其為阻抗圓圖或?qū)Ъ{圓圖,簡(jiǎn)稱(chēng)圓圖。圓圖所依據(jù)的關(guān)系式如下所示:z(d)=Z(d)/Z0=(1+(d)/(1-(d) 或者(d)=(z(d)-1)/(z(d)+1) 式*j 式中z(d)和(d)一般為復(fù)數(shù):j(d)z(d)=r(d)+jx(d)=|z|e(d)=re(d)+jim(d)=|(d)|e圓圖便是依據(jù)式*將z(d)和(d)的兩組等值線(xiàn)簇套印在一張圖紙上而成的,便于直接讀出相互轉(zhuǎn)換的關(guān)系和數(shù)據(jù)。二、平面上的歸一化阻抗圓依據(jù)下式可確定歸一化電阻圓和歸一化電抗圓,y由外到內(nèi)依次為0,0.5,1,2,圖1.2為歸一化電阻圖。圖1.2 歸一化電阻圖傳輸線(xiàn)的正弦穩(wěn)態(tài)分析所需的計(jì)算含有復(fù)數(shù)。在有效使用計(jì)算器和計(jì)算機(jī)之前,這些計(jì)算十分好事與繁復(fù)。結(jié)果導(dǎo)致圖解分析技術(shù)的發(fā)展,并用來(lái)計(jì)算傳輸線(xiàn)的性能。史密斯圓圖在其中是比較好的,它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)傳輸線(xiàn)計(jì)算器,能使用者迅速得出在傳輸線(xiàn)上任一點(diǎn)所發(fā)生的物理解釋。除了確定線(xiàn)上任一點(diǎn)的輸入阻抗,電壓反射系數(shù),VSWR,在線(xiàn)上放置短截線(xiàn)的位置以使傳輸線(xiàn)匹配外,還可由史密斯圓圖獲得一些其他數(shù)據(jù)。(三)圓圖使用1).在傳輸線(xiàn)上移動(dòng)半個(gè)波長(zhǎng),相當(dāng)于圓圖上旋轉(zhuǎn)360;2).由負(fù)載向電源移動(dòng),圓圖上為順時(shí)針旋轉(zhuǎn);由電源向負(fù)載移動(dòng),為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn);3).阻抗圓圖的電阻圓全部都與=1的直線(xiàn)相切,并且都在單位圓內(nèi);r=0(短路)時(shí),圓心在(0,0),半徑=1(與單位圓重合);r=(開(kāi)路)時(shí),圓心在(1,0),半徑=0(縮為1個(gè)點(diǎn));坐標(biāo)軸()是一條純電阻線(xiàn),線(xiàn)上的點(diǎn)從左到右電阻值從0到,中心為1;中心之左1,右半軸上的點(diǎn)代表電壓最大點(diǎn),其值大小等于駐波比。4).阻抗圓圖的電抗圓全部都與=0的直線(xiàn)相切,并且圓心都在=1的直線(xiàn)上,它們截于單位圓內(nèi)的為有效部分,其中:0的為電感線(xiàn);LoadIcon(IDR_MAINFRAME);void CSmithChartDemoDlg:DoDataExchange(CDataExchange* pDX)CDialog:DoDataExchange(pDX);/AFX_DATA_MAP(CSmithChartDemoDlg)DDX_Control(pDX, IDC_SLIDER1, m_hSliderControl);DDX_Text(pDX, IDC_EDIT_DIANKANG, m_hDiankang);DDX_Text(pDX, IDC_EDIT_DIANZU, m_hDianzu);DDX_Text(pDX, IDC_EDIT_TEXING, m_hTexing);DDX_Text(pDX, IDC_EDIT_WAVELENGTH, m_hWavelenght);DDX_Text(pDX, IDC_EDIT_SWR, m_hSwr);DDX_Text(pDX, IDC_EDIT_FANSHE_SHIBU, m_hFansheShibu);DDX_Text(pDX, IDC_EDIT_FANSHE_XUBU, m_hFansheXubu);DDX_Text(pDX, IDC_EDIT_GUIYI_SHIBU, m_hGuiyiShibu);DDX_Text(pDX, IDC_EDIT_GUIYI_XUBU, m_hGuiyiXubu);DDX_Slider(pDX, IDC_SLIDER1, m_hSlider);/AFX_DATA_MAPBEGIN_MESSAGE_MAP(CSmithChartDemoDlg, CDialog)ASSERT(IDM_ABOUTBOX & 0xFFF0) = IDM_ABOUTBOX);ASSERT(IDM_ABOUTBOX AppendMenu(MF_SEPARATOR);pSysMenu-AppendMenu(MF_STRING, IDM_ABOUTBOX, strAboutMenu);chart.SetRange(CPoint(0,0),CPoint(400,400),CPoint(200,200);m_hTexing = 50;m_hDianzu = 50;m_hDiankang = 50;m_hSwr = ;m_hSliderControl.SetRange(0,100,TRUE);m_hSliderControl.SetPos(25);UpdateData(FALSE);return TRUE; / return TRUE unless you set the focus to a controlvoid CSmithChartDemoDlg:OnSysCommand(UINT nID, LPARAM lParam)if (nID & 0xFFF0) = IDM_ABOUTBOX)CAboutDlg dlgAbout;dlgAbout.DoModal();elseCDialog:OnSysCommand(nID, lParam);void CSmithChartDemoDlg:OnPaint() CDC * pDC = GetDC();chart.InitSmithChart(pDC);ReleaseDC(pDC);if (IsIconic()CPaintDC dc(this); / device context for paintingSendMessage(WM_ICONERASEBKGND, (WPARAM) dc.GetSafeHdc(), 0);dc.DrawIcon(x, y, m_hIcon);elseCDialog:OnPaint();HCURSOR CSmithChartDemoDlg:OnQueryDragIcon()return (HCURSOR) m_hIcon;void CSmithChartDemoDlg:OnBtnCacul() if(m_hTexing = 0)MessageBox(特性阻抗不能小于等于零!,警告.,MB_OK|MB_ICONHAND);return;if(m_hDianzuSelectObject(&pen); chart.DrawCircleR(rCircle,pDC);/畫(huà)R圓chart.DrawCircleX(xCircle,pDC);/畫(huà)X圓chart.DrawCircle(frfl,pDC);/畫(huà)等反射系數(shù)圓chart.ShowImpedance(frfl,rlxl,impedance.impedanceChara,pDC);pDC-SelectObject(poldPen);ReleaseDC(pDC);/釋放繪圖設(shè)備/更新界面數(shù)據(jù)m_hSwr.Format(%.2f,chart.GetSWR(frfl);/獲取駐波比m_hGuiyiShibu.Format(%.2f,rlxl.r);/歸一化阻抗實(shí)部m_hGuiyiXubu.Format(%.2f,rlxl.x);/歸一化阻抗虛部m_hFansheShibu.Format(%.2f,frfl.Fr);/反射系數(shù)實(shí)部m_hFansheXubu.Format(%.2f,frfl.Fl);/反射系數(shù)虛部UpdateData(FALSE);void CSmithChartDemoDlg:OnBtnFind() / TODO: Add your control notification handler code here UpdateData(TRUE);if(m_hTexing = 0)MessageBox(特性阻抗不能小于等于零!,警告.,MB_OK|MB_ICONHAND);return;if(m_hDianzuSelectObject(&pen); chart.DrawCircleR(rCircle,pDC);chart.DrawCircleX(xCircle,pDC);chart.DrawCircle(frfl,pDC);chart.ShowImpedance(frfl,rlxl,impedance.impedanceChara,pDC);pDC-SelectObject(poldPen);ReleaseDC(pDC);m_hSwr.Format(%.2f,chart.GetSWR(frfl);/獲取駐波比m_hGuiyiShibu.Format(%.2f,rlxl.r);/歸一化阻抗實(shí)部m_hGuiyiXubu.Format(%.2f,rlxl.x);/歸一化阻抗虛部m_hFansheShibu.Format(%.2f,frfl.Fr);/反射系數(shù)實(shí)部m_hFansheXubu.Format(%.2f,frfl.Fl);/反射系數(shù)虛部UpdateData(FALSE);void CSmithChartDemoDlg:OnReleasedcaptureSlider1(NMHDR* pNMHDR, LRESULT* pResult) / TODO: Add your control notification handler code hereUpdateData(TRUE);m_hWavelenght = double(m_hSlider)/100;UpdateData(FALSE); UpdateData(TRUE);if(m_hTexing = 0)MessageBox(特性阻抗不能小于等于零!,警告.,MB_OK|MB_ICONHAND);return;if(m_hDianzuSelectObject(&pen); chart.DrawCircleR(rCircle,pDC);chart.DrawC

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