微波技術與天線 smith圓圖介紹.doc

湖南工業(yè)大學課 程 設 計資 料 袋 湖南工業(yè)大學 學院（系、部） 2010 2011 學年第 二 學期 課程名稱 微波技術與天線 指導教師 邱銀安 職稱 副教授 學生姓名 曾輝 專業(yè)班級 通信081 學號 07450000106 題 目 史密斯圓圖與應用 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 稱資料數量備 注1課程設計任務書12課程設計說明書13源程序145湖南工業(yè)大學課程設計任務書20102011 學年第 2 學期 計算機與通信 學院 通信工程 專業(yè) 通信081 班級課程名稱： 微波技術與天線 設計題目： 史密斯圓圖分析與應用 完成期限：自 2011 年 6 月 20 日至 2011 年 6 月 26 日共 1 周內容及任務一、設計的主要技術（參數）：史密斯圓圖，史密斯圓圖演示軟件二、設計任務1.了解史密斯圓圖的原理和作用；2.學會使用史密斯圓圖分析問題。三、設計工作量1周完成進度安排起止日期工作內容6月20日分組、任務分配、課題理解6月21日功能分析、程序設計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、書寫實驗報告參考資料1 王新穩(wěn)，李萍. 微波技術與天線，電子工業(yè)出版社，2009年2 廖承恩.微波技術基礎.西安電子科技大學出版社，1995年3.吳萬春，梁昌洪.微波網絡及其應用.國防工業(yè)出版社，1980年指導教師（簽字）： 年 月 日系（教研室）主任（簽字）： 年 月 日微波技術與天線課程設計說明書史密斯圓圖分析與應用起止日期： 2011年6月20日 至 2011年6月26日學生姓名曾輝班級通信081班學號07450000106成績指導教師(簽字)計算機與通信學院2011年 6 月 25 日課題名稱微波技術與天線人 數5人組 長歐陽阿玲同組人員朱雄偉、丁春雨、吳多志、曾輝課題的主要內容和要求主要內容：1.了解史密斯圓圖的原理和作用；2.學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實時顯示導納圓圖和歸一化導納值；3并聯單可變匹配長度的計算；4并聯雙可變匹配長度的計算；5駐波系數、反射系數模和幅角；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1、理解整個課程設計思想；2、完成相關程序設計；3、完成程序代碼設計；4、完成整個設計的驗證；時間安排與完成情況2011年6月20日：課程設計分組并選題，組長分配各成員任務，明確此次課程設計要求。2011年6月21：對該課題進行原理分析、程序設計。2011年6月2224日：運行并調試程序，觀察實驗結果，進行小組討論。2011年5月25日26日：小組總結后完成課程設計報告。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、史密斯圓圖的應用83.1 用史密斯圖求VSWR83.2 用史密斯圖求導納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的圖表，主要用于傳輸線的阻抗匹配上。 實部r=常數和虛 x常數，兩族正交直線變化為正交圓并與反射系數|G|=常數和虛部x常數套用而成。 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學上的關聯很有興趣。”史密斯圖的基本在于以下的算式: Smith 圓圖當中的代表其線路的反射系數(reflection coefficient)，即S-parameter里的S11，zL是歸一負載值，即ZL / Z0。當中電路的負載值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值，即由電容或電感在高頻下所產生的阻力，當中向上的是正數，向下的是負數。圖表最中間的點(1+j0)代表一個已匹配(matched)的電阻數值(ZL)，同時其反射系數的值會是零。圖表的邊緣代表其反射系數的長度是1，即100%反射。在圖邊的數字代表反射系數的角度(0-180度)和波長(由零至半個波長)。有一些圖表是以導納值(admittance)來表示，把上述的阻抗值版本旋轉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阻抗計算和阻抗匹配問題的一類曲線坐標圖，圖上有兩組坐標線，即歸一化阻抗或導納的實部和虛部的等值線簇與反射系數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導納圓圖，簡稱圓圖。圓圖所依據的關系式如下所示：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)一般為復數：j(d)z(d)=r(d)+jx(d)=|z|e(d)=re(d)+jim(d)=|(d)|e圓圖便是依據式*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換的關系和數據。二、平面上的歸一化阻抗圓依據下式可確定歸一化電阻圓和歸一化電抗圓，y由外到內依次為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數。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。結果導致圖解分析技術的發(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，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據。（三）圓圖使用1).在傳輸線上移動半個波長,相當于圓圖上旋轉360；2).由負載向電源移動,圓圖上為順時針旋轉；由電源向負載移動,為逆時針旋轉；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；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);/畫等反射系數圓chart.ShowImpedance(frfl,rlxl,impedance.impedanceChara,pDC);pDC-SelectObject(poldPen);ReleaseDC(pDC);/釋放繪圖設備/更新界面數據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);/反射系數實部m_hFansheXubu.Format(%.2f,frfl.Fl);/反射系數虛部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);/反射系數實部m_hFansheXubu.Format(%.2f,frfl.Fl);/反射系數虛部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