Smith Chart對於一個射頻工程師而言是一個非常重要的輔助工具。筆者N年前學習圓圖的時候，對於圓圖僅僅是一種感性和淺顯的認識，純粹為了考試而去學習圓圖。比如圓圖上某個點為開路點，某個點為短路點，某個點反射係數最大，某個點反射係數為0等等。圓圖丟了N年，此次重新撿起來，重新學習，又感覺對圓圖的理解還是不夠深入，而且感覺圓圖背後還有許多沒有被自己所理解的信息，因此，目前還是處於一知半解的程度。
在網上搜羅關於圓圖的相關知識，重新學習，將自己目前對圓圖的理解在此作為一個總結。
1、Smith Chart是用來協助解決傳輸線問題和匹配問題的一個工具。
日常大家所見到的二維圓圖僅僅可以用來解決常規射頻電路的匹配問題，亦即阻抗實部為正的問題。近日在IEEE MTT論壇中，一個老外又提出了廣義Smith Chart的概念，可以用來解決阻抗實部為負的的匹配問題，比如射頻振蕩器。
2、Smith Chart上可以反映出如下信息：
阻抗參數Z，導納參數Y，品質因子Q，反射係數，駐波係數，Snn散射參數，噪聲係數，增益，穩定因子，功率，效率，頻率信息等。
相對應上述參數信息，Smith Chart上面分別對應著一系列circle或者contour 。
3、Smith Chart上面的圓周刻度
波長刻度：用來表示傳輸線和負載之間的傳輸線的長度信息，通常用來解決分布參數問題。
角度數：用來表示以極坐標形式表示的反射係數的角度信息。
4、通常我們的求解過程都是通過Smith Chart上面一系列點來完成的，每一個點對應一個頻點和該頻點下的阻抗或者導納。匹配的過程最終都是將起點通過旋轉和單位電抗圓或者單位電納圓相交，然後回到圓心，完成匹配過程。
5、窄帶匹配和寬帶匹配
通常在圓圖上面單點完成匹配，對於窄帶應用而言已經夠用。但是對於寬帶而言，需要將這些匹配點最終連接起來，確保這些點的軌跡在寬帶頻段覆蓋範圍之內，或者在某一個參數指標圓內，比如VSWR=1.3的駐波圓。
6、傳統的2維Smith Chart的局限性。
當阻抗的實部為負數的時候，2維Smith Chart就無法表示該阻抗值，相應的一系列參數也無法在圓圖上體現出來，尤其是在處理振蕩器的時候，阻抗的實部往往就是一個負數。對此英國一個叫Chris Zelley的人，提出用三維球面來解決，並提出了他的設想，如下圖所示
我想這是一個很具有創意的設想。尤其是當這個想法的可操作性得到進一步證實，並經過理論的驗證之後，一個像地理課上地球儀一樣的3維Smith Sphere也會放在射頻或者微波課的講桌上。
當年，貝爾試驗室的Smith將傳輸線問題的求解通過一張圖表來直觀化，而今又是一名英國的工程師將傳輸線問題進一步通過三維球面來進一步推廣，將Smith Chart推廣到更為普遍的一種情形。
7、Smith Chart是通過兩個複數域內的變量--阻抗和反射係數的關係推導而來，其他參數或者系列參數圓也是通過這種變換可以得到。
8、Smith Chart上面的源（Source）和負載（Load）之間是相對的，既可以將源當作負載，也可以將負載當作源來處理，因為無論是源或者負載，最終在圓圖上都表現為阻抗，因此具有相對性。
9、針對端接負載ZL的有損（lossy）傳輸線而言，其在Smith Chart上面反射係數是一個順時針向內旋轉的螺旋，如果傳輸線比較長，那麼這個螺旋最終會終止於Smith Chart的圓心。
那麼根據反射係數與駐波係數的關係可以推出，端接負載ZL的有損傳輸線上的駐波係數是一個順時針向外旋轉的螺旋，如果傳輸線足夠長，最終會終止於VSWR=1的駐波圓上。如下圖所示
又是數學，感覺數學無處不在，作為一個射頻工程師，數學功底會決定他對理論的掌握程度，並進而影響他在工程實踐中提高的快慢。
不禁感慨，數學還需要進一步學習。
作者個人公眾號：InterCar
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