微波技術(shù)與天線 smith圓圖介紹.doc

湖南工業(yè)大學(xué)課 程 設(shè) 計資 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 微波技術(shù)與天線 指導(dǎo)教師 邱銀安 職稱 副教授 學(xué)生姓名 曾輝 專業(yè)班級 通信081 學(xué)號 07450000106 題 目 史密斯圓圖與應(yīng)用 成 績 起止日期 2011 年 6 月 20 日 2011 年 6月 26日目 錄 清 單序號材 料 名 稱資料數(shù)量備 注1課程設(shè)計任務(wù)書12課程設(shè)計說明書13源程序145湖南工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書20102011 學(xué)年第 2 學(xué)期 計算機與通信 學(xué)院 通信工程 專業(yè) 通信081 班級課程名稱： 微波技術(shù)與天線 設(shè)計題目： 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)計任務(wù)1.了解史密斯圓圖的原理和作用；2.學(xué)會使用史密斯圓圖分析問題。三、設(shè)計工作量1周完成進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6月22日-6月24日實驗驗證和測試6月25日-6月26日總結(jié)、書寫實驗報告參考資料1 王新穩(wěn)，李萍. 微波技術(shù)與天線，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.吳萬春，梁昌洪.微波網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用.國防工業(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)與天線課程設(shè)計說明書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)生姓名曾輝班級通信081班學(xué)號07450000106成績指導(dǎo)教師(簽字)計算機與通信學(xué)院2011年 6 月 25 日課題名稱微波技術(shù)與天線人 數(shù)5人組 長歐陽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)會使用史密斯圓圖分析問題。課題要求：1實時顯示史密斯圓圖上的阻抗值和歸一化阻抗值；2實時顯示導(dǎo)納圓圖和歸一化導(dǎo)納值；3并聯(lián)單可變匹配長度的計算；4并聯(lián)雙可變匹配長度的計算；5駐波系數(shù)、反射系數(shù)模和幅角；6傳輸線歸一化長度并顯示行駐波的波形；7計算傳輸線的輸入阻抗和歸一化輸入阻抗；具體任務(wù)1、理解整個課程設(shè)計思想；2、完成相關(guān)程序設(shè)計；3、完成程序代碼設(shè)計；4、完成整個設(shè)計的驗證；時間安排與完成情況2011年6月20日：課程設(shè)計分組并選題，組長分配各成員任務(wù)，明確此次課程設(shè)計要求。2011年6月21：對該課題進行原理分析、程序設(shè)計。2011年6月2224日：運行并調(diào)試程序，觀察實驗結(jié)果，進行小組討論。2011年5月25日26日：小組總結(jié)后完成課程設(shè)計報告。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)是一款用于電機與電子工程學(xué)的圖表，主要用于傳輸線的阻抗匹配上。 實部r=常數(shù)和虛 x常數(shù)，兩族正交直線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)時他在美國的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的日本工程師聲稱早于其一年發(fā)明了這種圖表。史密斯曾說過，“在我能夠使用計算尺的時候，我對以圖表方式來表達數(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)中的代表其線路的反射系數(shù)(reflection coefficient)，即S-parameter里的S11，zL是歸一負載值，即ZL / Z0。當(dāng)中電路的負載值Z0是傳輸線的特性阻抗值，通常會使用50。圖表中的圓形線代表電阻抗力的實數(shù)值，即電阻值，中間的橫線與向上和向下散出的線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)，向下的是負數(shù)。圖表最中間的點(1+j0)代表一個已匹配(matched)的電阻數(shù)值(ZL)，同時其反射系數(shù)的值會是零。圖表的邊緣代表其反射系數(shù)的長度是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(由零至半個波長)。有一些圖表是以導(dǎo)納值(admittance)來表示，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有關(guān)阻抗計算和阻抗匹配問題的一類曲線坐標(biāo)圖，圖上有兩組坐標(biāo)線，即歸一化阻抗或?qū)Ъ{的實部和虛部的等值線簇與反射系數(shù)的模和輻角的等值線簇。所有這些等值線都是圓或圓弧，故稱其為阻抗圓圖或?qū)Ъ{圓圖，簡稱圓圖。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的正弦穩(wěn)態(tài)分析所需的計算含有復(fù)數(shù)。在有效使用計算器和計算機之前，這些計算十分好事與繁復(fù)。結(jié)果導(dǎo)致圖解分析技術(shù)的發(fā)展，并用來計算傳輸線的性能。史密斯圓圖在其中是比較好的，它實質(zhì)上是一個傳輸線計算器，能使用者迅速得出在傳輸線上任一點所發(fā)生的物理解釋。除了確定線上任一點的輸入阻抗，電壓反射系數(shù)，VSWR,在線上放置短截線的位置以使傳輸線匹配外，還可由史密斯圓圖獲得一些其他數(shù)據(jù)。（三）圓圖使用1).在傳輸線上移動半個波長,相當(dāng)于圓圖上旋轉(zhuǎn)360；2).由負載向電源移動,圓圖上為順時針旋轉(zhuǎn)；由電源向負載移動,為逆時針旋轉(zhuǎn)；3).阻抗圓圖的電阻圓全部都與=1的直線相切，并且都在單位圓內(nèi)；r=0(短路)時，圓心在(0,0),半徑=1(與單位圓重合)；r=(開路)時，圓心在(1,0),半徑=0(縮為1個點)；坐標(biāo)軸()是一條純電阻線，線上的點從左到右電阻值從0到，中心為1；中心之左1,右半軸上的點代表電壓最大點，其值大小等于駐波比。4).阻抗圓圖的電抗圓全部都與=0的直線相切，并且圓心都在=1的直線上，它們截于單位圓內(nèi)的為有效部分，其中：0的為電感線；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R圓chart.DrawCircleX(xCircle,pDC);/畫X圓chart.DrawCircle(frfl,pDC);/畫等反射系數(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