微波課設(shè)報(bào)告__smith圓圖

1、 湖 南 工 業(yè) 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 資 料 袋 計(jì)算機(jī)與通信 學(xué)院（系、部） 2012-2013 學(xué)年第 二 學(xué)期課程名稱： 微波通信 指導(dǎo)教師： 邱銀安 職稱 副教授 學(xué)生姓名： 闕堯 專業(yè)班級(jí) 通信工程102班 學(xué)號(hào) 10408200411 設(shè)計(jì)題目： 史密斯圓圖的軟件設(shè)計(jì) 成 績： 起止日期： 2013 年 6月 18日 至 2013 年 6月 25 日目錄清單序號(hào)材料名稱資料數(shù)量備注1課程設(shè)計(jì)任務(wù)書12課程設(shè)計(jì)說明書13課程設(shè)計(jì)圖紙22張456 湖南工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2012 2013 學(xué)年第 二 學(xué)期 計(jì)算機(jī)與通信 學(xué)院（系、部） 通信工程 專業(yè) 102 班級(jí)課程名稱： 微

2、 波 通 信 設(shè)計(jì)題目： 史密斯圓圖的軟件設(shè)計(jì) 完成期限：自 2013 年 6 月 18 日至 2013 年 6 月 25 日共 1 周內(nèi)容及任務(wù)1設(shè)計(jì)內(nèi)容 1) 了解史密斯圓圖的基本原理 2) 用軟件進(jìn)行仿真2設(shè)計(jì)任務(wù) 1) 完成史密斯圓圖的設(shè)計(jì) 2) 完成硬件測(cè)量 3) 完成軟件仿真 4) 調(diào)試和分析進(jìn)度安排起止日期工作內(nèi)容2013.6.18任務(wù)分配和討論2013.6.19傳輸線阻抗匹配設(shè)計(jì)2013.6.20硬件的測(cè)量2013.6.21軟件的仿真2013.6.222013.6.23調(diào)試和分析2013.6.24-2013.6.25課程設(shè)計(jì)說明書和任務(wù)書的填寫主要參考資料1 王新穩(wěn)，微波技術(shù)與

3、天線，電子工業(yè)出版社。2 甘本撥 吳萬春，現(xiàn)代微波濾波器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)，科學(xué)出版社。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。指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日系（教研室）主任（簽字）： 年 月 日 微波通信課程設(shè)計(jì)說明書 史密斯圓圖的軟件設(shè)計(jì)起止日期： 2013年6月18日 至 2013年6月25日學(xué)生姓名 闕 堯班級(jí) 通信102班學(xué)號(hào)10408200411成績指導(dǎo)教師(簽字) 計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院 2013年 6 月 25日課題名稱史密斯圓圖的軟件設(shè)計(jì)人 數(shù) 6組 長 邱存?zhèn)ネM人員 李娟、魏霞、伍海、闕堯、申茗中課題的主要內(nèi)容和要求1、 傳輸線阻抗匹配問題1）阻抗匹配的重要性2）阻抗匹

4、配的實(shí)現(xiàn)2、SMITH圓圖的構(gòu)成原理1）反射系數(shù)圓2）阻抗圓3、SMITH圓圖Matlab的實(shí)現(xiàn)具體任務(wù)1設(shè)計(jì)內(nèi)容 1) 了解史密斯圓圖的基本原理 2) 用軟件進(jìn)行仿真2設(shè)計(jì)任務(wù) 1) 完成史密斯圓圖的設(shè)計(jì) 2) 完成硬件測(cè)量 3) 完成軟件仿真 4) 調(diào)試和分析時(shí)間安排與完成情況6.18-6.19 預(yù)習(xí)史密斯圓圖原理等理論知識(shí)；6.19-6.20 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)史密斯圓圖；6.21-6.22 利用軟件仿真史密斯圓圖；6.23-6.25 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，測(cè)試，總結(jié)報(bào)告 目 錄一、前言1二、傳輸線阻抗匹配問題22.1 阻抗匹配的重要性22.2 阻抗匹配的實(shí)現(xiàn)22.2.1用阻抗變換器進(jìn)行阻抗匹配32.2.2支

5、節(jié)匹配器的計(jì)算4三、SMITH圓圖的構(gòu)成原理53.1反射系數(shù)圓53.2 阻抗圓圖7四、SMITH圓圖Matlab的實(shí)現(xiàn)104.1 圓圖的繪制104.2 SMITH圓圖軟件的設(shè)計(jì)104.3 程序操作步驟16五、設(shè)計(jì)總結(jié)17六、參考文獻(xiàn).17七、附錄18 一、前言工程中常采用smith圓圖來分析傳輸線問題，傳輸線能引導(dǎo)電磁波沿一定的方向傳輸，為了提高傳輸線傳輸能量的效率，將輸入的能量盡最大可能傳給終端負(fù)載，需要保證傳輸線的終端的負(fù)載與其特性阻抗匹配，即傳輸線此時(shí)處于阻抗匹配狀態(tài)。阻抗匹配的方法有很多種，它們大致上可以分為以下四種類型：(1)計(jì)算機(jī)仿真: 由于這類軟件是為不同功能設(shè)計(jì)的而不只是用于阻

6、抗匹配，所以使用起來比較復(fù)雜。設(shè)計(jì)者必須熟悉用正確的格式輸入眾多的數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)人員還需要具有從大量的輸出結(jié)果中找到有用數(shù)據(jù)的技能，對(duì)使用者的要求高。(2)手工計(jì)算: 這是一種極其繁瑣的方法，需要用到較長的計(jì)算公式、并且被處理的數(shù)據(jù)多為復(fù)數(shù)。 (3)經(jīng)驗(yàn): 只有在微波通信領(lǐng)域工作過多年的人才能使用這種方法，只適合于資深的專家。 (4)smith圓圖: 一般最常用的方法。smith圓圖早在計(jì)算機(jī)時(shí)代之前的1930年就被P.H.smith所開發(fā)。它是一種計(jì)算阻抗、反射系數(shù)等參量的簡便圖解方法。smith圓圖是由很多圓周交織在一起的一個(gè)圖。使用它，可以在不作任何計(jì)算的前提下得到一個(gè)表面上看非常復(fù)雜的系統(tǒng)

7、的匹配阻抗，唯一需要做的就是沿著圓周線，根據(jù)電長度讀取并跟蹤數(shù)據(jù)。正是由于其只是涉及到簡單的數(shù)學(xué)運(yùn)算,方便而又直觀，在解決阻抗匹配問題時(shí)，得到廣泛的應(yīng)用。 二、傳輸線阻抗匹配問題2.1 阻抗匹配的重要性傳輸線理論指出，通常情況下,傳輸線傳輸?shù)碾妷夯螂娏魇怯稍擖c(diǎn)的入射波和反射波疊加而成的,或者說是由行波和駐波疊加而成的。當(dāng)傳輸線的負(fù)載阻抗與傳輸線特性阻抗相等時(shí),線上只存在入射波而無反射波,稱之為負(fù)載阻抗匹配。負(fù)載阻抗匹配時(shí)，匹配負(fù)載可以從匹配源中獲取最大的功率，而且在行波狀態(tài)下，系統(tǒng)不存在發(fā)射損耗，系統(tǒng)傳輸效率高。負(fù)載阻抗匹配時(shí)，傳輸線工作在行波狀態(tài)下，微波源處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。如果負(fù)載失配時(shí)，這

8、樣必然造成波源輸出功率的變化。因而為了使工作系統(tǒng)穩(wěn)定，阻抗匹配是十分重要的。傳輸線的阻抗匹配可消除以下種種不良影響,保證信號(hào)的正常傳輸。1)阻抗失配時(shí) ,傳輸線上除了會(huì)出現(xiàn)入射波外 ,還會(huì)出現(xiàn)反射波 ,反射波的存在意味著傳送到傳輸線終端的功率不能全部為負(fù)載所吸收 ,從而降低了傳輸效率。2)阻抗失配時(shí),傳輸線上同時(shí)存在著行波和駐波 ,若信號(hào)電壓比較高 ,則在電壓波腹點(diǎn)容易產(chǎn)生介質(zhì)擊穿的現(xiàn)象。如欲避免擊穿 ,勢(shì)必采用尺寸較大和耐壓較高的傳輸線 ,從而加大了投資。3)在行波和駐波同時(shí)存在的情況下 ,電流波腹點(diǎn)附近的電流振幅也高于正常值 ,產(chǎn)生的熱量也比較大 ,附近的絕緣易被燒壞。4)在存在反射波的情

9、況下 ,從傳輸線始端向傳輸線看入的阻抗都將隨著頻率而變化。當(dāng)傳輸含有若干頻率的信號(hào)時(shí) ,信號(hào)將會(huì)產(chǎn)生失真。5)對(duì)從天線向接收機(jī)傳送電視信號(hào)的傳輸線來說 ,如若傳輸線兩端都不能做到匹配相連 ,那么 ,將有信號(hào)在傳輸線上來回反射 ,不但降低了傳輸效率 ,還會(huì)使屏幕上的輪廓不清。2.2 阻抗匹配的實(shí)現(xiàn) 為了便于分析，假設(shè)傳輸線是均勻無損傳輸線，圖1為傳輸線示意圖。為特性阻抗，為終端負(fù)載阻抗。傳輸線上沿線的電壓和電流分布為： 上式中 , ,分別為終端負(fù)載處的電壓和電流入射波復(fù)數(shù)振幅，為相位常數(shù)，是終端負(fù)載處的電壓反射系數(shù) ,其值由終端負(fù)載和特性阻抗決定。 任意一點(diǎn)的輸入阻抗為： 歸一化阻抗為：用導(dǎo)納表

10、示上述關(guān)系 ,將和代入以上關(guān)系式,得： 圖12.2.1用阻抗變換器進(jìn)行阻抗匹配變換器或稱匹配線,是由長度為,特性阻抗為的線段構(gòu)成。設(shè)有一個(gè)特性阻抗為的主傳輸線,終端負(fù)載為,此時(shí),若將傳輸線直接與終端負(fù)載相接,便會(huì)在線上存在反射波,因而需要匹配的措施,辦法之一就是采用特性阻抗為的變換器作為阻抗匹配線,連接方法如圖2所示。圖2由和可得: 這就是說,為了匹配,當(dāng)采用匹配線來匹配時(shí),只要它的特性阻抗等于所需匹配線的特性阻抗及的幾何平均值,就可實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。應(yīng)當(dāng)指出: 阻抗變換器原則上只用于匹配純電阻性負(fù)載。當(dāng)負(fù)載為復(fù)數(shù)阻抗,而且仍然需用變換器來匹配時(shí),則變換器應(yīng)在傳輸線電壓波節(jié)處或波腹處接入,因?yàn)殡妷?/p>

11、波節(jié)處或波腹處的輸入阻抗是純電阻。2.2.2支節(jié)匹配器的計(jì)算 支節(jié)匹配有單支節(jié)、雙支節(jié)和三支節(jié)匹配。其基本原理都相同,是在主傳輸線上并聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娂{,以產(chǎn)生附加反射波來抵消主傳輸線上原來的反射波,達(dá)到匹配的目的。此電納(電抗)元件常用一段終端短路或終端開路的短截線來完成。這里以單支節(jié)匹配為例進(jìn)行介紹。單支節(jié)匹配是在離終端適當(dāng)位置上并聯(lián)一可調(diào)短路線構(gòu)成的。如圖3所示,調(diào)節(jié)支節(jié)位置和支節(jié)長度，使左邊主傳輸線達(dá)到匹配。圖3從向負(fù)載看進(jìn)去的主傳輸線輸入導(dǎo)納為: 從向短路線看入的輸入導(dǎo)納為:若想實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，須有：，即上面就阻抗變化器和單枝節(jié)匹配器的原理進(jìn)行了介紹，從理論上分析了其進(jìn)行阻抗匹配的可行性，但

12、是求解過程比較復(fù)雜。為了計(jì)算方便和縮短計(jì)算時(shí)間，工程師們想了很多方法，smith圓圖就是其中最常用的一個(gè)。三、SMITH圓圖的構(gòu)成原理3.1反射系數(shù)圓反射系數(shù)表征了傳輸線的反射特性，反映了傳輸線上存在的反射波的程度。史密斯圓圖是通過驗(yàn)證阻抗匹配的負(fù)載產(chǎn)生的。用反射系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，反射系數(shù)可以反映負(fù)載的特性，在處理RF頻率的問題時(shí)，更加有用。反射系數(shù)為傳輸線某點(diǎn)的反射波電壓與該點(diǎn)入射波電壓之比，即 （1）顯然反射系數(shù)是個(gè)復(fù)數(shù)，其模反映反射點(diǎn)波的反射程度，其輻角是反射點(diǎn)反射電壓與入射電壓間的相位差。由式1得到： （2）式中，； 和 分別為入射波電壓和反射波電壓的初相角。令0，就得到負(fù)載處的反射系數(shù)為

13、： （3）式3和式2相比顯然由如下的關(guān)系，即 （4）式4表明，均勻無耗傳輸線上的反射系數(shù)的大小不變，由負(fù)載處反射系數(shù)的模決定，而相角以為周期隨變化。由于，所以可以把一均勻傳輸線上的各種工作狀態(tài)，用復(fù)平面上單位圓內(nèi)的一簇同心圓表示出來，如圖4所示：圖4反射系數(shù)圓的半徑，表示在相應(yīng)狀態(tài)下線上各點(diǎn)反射系數(shù)的大小。根據(jù)與駐波比和行波系數(shù)K的關(guān)系，即，。在反射系數(shù)圓上也可以對(duì)應(yīng)和K的標(biāo)度。如圓心0，即K1，1，表示線上的匹配點(diǎn)；當(dāng)1時(shí)，即在反射系數(shù)的單位圓，對(duì)應(yīng)的，K0，分別可表示以純電抗、開路或短路為負(fù)載的線上的駐波狀態(tài)等，這樣用起來很方便。事實(shí)上也是這樣，為了使圓圖清晰易看，除了=1的圓外,一般不用

14、畫出其他的反射系數(shù)圓，只在相應(yīng)一些點(diǎn)上標(biāo)出或K的值。反射系數(shù)的相角為 （5）式中，；稱為電長度，于是 （6）顯然，為常數(shù)的軌跡，在反射系數(shù)圓上，是一簇通過坐標(biāo)圓點(diǎn)的射線。的數(shù)值由和共同確定，當(dāng)增大時(shí)，相角沿順時(shí)針向電源方向旋轉(zhuǎn)，變化周期為。在史密斯圓圖外的刻度圓上的標(biāo)度，可以以電長度標(biāo)度。由上所述，如已知終端傳輸線上反射系數(shù)后，要求線上任一點(diǎn)的反射系數(shù)時(shí)，只要先在圓圖上找到點(diǎn)，然后在等(,K)圓上，沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)電長度的點(diǎn)即為所求的點(diǎn)，反之亦然。3.2 阻抗圓圖無耗線上任一點(diǎn)的阻抗與該點(diǎn)反射系數(shù)有如下關(guān)系： （7）使對(duì)特性阻抗歸一化得到 （8）顯然在反射系數(shù)圓上的每一點(diǎn)與歸一化阻抗是一一對(duì)應(yīng)

15、的，知道了即可求出，或者相反。而且所有的值均可在的圓的閉域上找到。由于代表沿線各點(diǎn)的阻抗，為了方便用表示各點(diǎn)的阻抗。它一般為復(fù)數(shù)，即。又考慮到，故有 由此得到經(jīng)變換可得 （9）顯然式9為兩個(gè)圓方程。它們分別表示歸一化電阻r為常數(shù)，歸一化電抗x為常數(shù)的兩個(gè)軌跡圓。兩個(gè)圓有如下特點(diǎn)：由式9可見，等電阻圓的圓心坐標(biāo)式，；半徑為。圖5表示r=4,2,1.5,0.5,0.25,0的等電阻圓，由于其圓心在實(shí)軸上，且圓心橫坐標(biāo)與半徑之和恒為1，故等電阻圓都在（1，0）點(diǎn)相切。同樣可知，等電抗圓圓心坐標(biāo)，；半徑為，圖6表示等電抗圓。由于等電抗圓圓心橫坐標(biāo)都是1，而圓心的縱坐標(biāo)（1/x）和半徑（1,x）相等。故

16、等電抗圓都在點(diǎn)（1，0）處切于實(shí)軸。圖5圖6 由上二圓方程和相應(yīng)的圖可以看出，任何歸一化阻抗值均可以在反射系數(shù)為1的圓內(nèi)找到，因此只要在反射系數(shù)的圓上標(biāo)上電長度，畫出等r圓和等x圓，就可得到了史密斯圓圖，如圖四所示。于是由史密斯圓圖上的任何一點(diǎn)都可以讀出4個(gè)參量：r、x、和。只要知道其中兩個(gè)量，即可求出另外兩個(gè)量。另外，由于線上相距的兩點(diǎn)的阻抗互為倒數(shù)，因而對(duì)于圓圖上任一點(diǎn)的阻抗，只要沿等圓旋轉(zhuǎn)電長度0.25，則所得到的點(diǎn)的阻抗值就等于的導(dǎo)納值。最后，由式和關(guān)系不難得出圓圖的實(shí)軸有如下含義：(1) 表示。說明實(shí)軸上阻抗為純電阻，此時(shí)(2) 若，則，。說明左半軸上的點(diǎn)是電壓波節(jié)點(diǎn)，其阻抗為。(3

17、) 若，。說明右半實(shí)軸的點(diǎn)是電壓波腹點(diǎn)，其電阻。即該歸一化電阻就表示該點(diǎn)的駐波比。(4) 如，則，則說明實(shí)軸左邊端點(diǎn)代表阻抗短路點(diǎn)；若，則，說明實(shí)軸右端點(diǎn)代表阻抗開路點(diǎn)；圓圖中心點(diǎn)，則，說明圓圖中心點(diǎn)代表阻抗匹配點(diǎn)。 四、SMITH圓圖Matlab的實(shí)現(xiàn)4.1 圓圖的繪制Smith圓圖設(shè)計(jì)要求計(jì)算結(jié)果以圖形和數(shù)據(jù)并行輸出，處理包括復(fù)數(shù)的矩陣運(yùn)算。為使程序代碼簡單，執(zhí)行運(yùn)算速度快，計(jì)算精度高，選擇matlab軟件作為設(shè)計(jì)技術(shù)平臺(tái)較為理想。圓圖繪制程序是根據(jù)圓圖構(gòu)成原理所得方程進(jìn)行編寫的,即根據(jù)式9兩圓方程進(jìn)行編程。它可以繪制出相互正交的兩組圓：等電阻圓和等電抗圓,其中等電阻圓是一組完整的圓。繪圖

18、角度自變量alpha的取值范圍為02,等電抗圓實(shí)際上是與=0電阻圓相正交的一段圓弧,即弧AB。角度自變量的取值范圍與x的取值有關(guān)系,關(guān)系為alpha_x= 2*atan(x)如圖10所示。x不同 ,交點(diǎn)A不同 ,alpha_x也隨x而發(fā)生變化。求解步驟是：根據(jù)給定的x ,首先由式9求出對(duì)應(yīng)r=0的、值 ,再由、求出alpha角 ,進(jìn)而求出alpha_x角(alpha_x=-alpha,因兩圓相互正交)。4.2 SMITH圓圖軟件的設(shè)計(jì)該軟件的使用界面如圖：程序代碼：function background %原圖背景global pic2;subplot(pic2);axis(-1,1,-1,1

19、);axis off;box off;circle(0,0,1,'k','-');hold on; %當(dāng)前軸及圖形保持而不被刷新，準(zhǔn)備接受此后將繪制circle(0,0,0.75,'k','-');hold on;circle(0,0,0.5,'k','-');hold on;circle(0,0,0.25,'k','-');hold on;circle(2/3,0,1/3,0.3,0.4,0.3,'-');hold on;circle(1/2,0,1

20、/2,0.3,0.4,0.3,'-');hold on;circle(1/3,0,2/3,0.3,0.4,0.3,'-');hold on;circle(1/5,0,4/5,0.3,0.4,0.3,'-');hold on;arch_x(4,0.3,0.4,0.3);hold on;arch_x(-4,0.3,0.4,0.3);hold on;arch_x(2,0.3,0.4,0.3);hold on;arch_x(-2,0.3,0.4,0.3);hold on;arch_x(1,0.3,0.4,0.3);hold on;arch_x(-1,0.

21、3,0.4,0.3);hold on;arch_x(0.5,0.3,0.4,0.3);hold on;arch_x(-0.5,0.3,0.4,0.3);hold on;text(1.05*cos(pi/7),1.05*sin(pi/7),'x=4');text(1.05*cos(pi/7),-1.05*sin(pi/7),'x=-4');text(1.05*cos(pi/2),1.05*sin(pi/2),'x=1');text(-1.05*cos(pi/2),-1.05*sin(pi/2),'x=-1')text(1.05*co

22、s(pi/3.5),1.05*sin(pi/3.5),'x=2');text(1.05*cos(pi/3.5),-1.05*sin(pi/3.5),'x=-2');text(-0.78,0.83,'x=0.5');text(-0.78,-0.83,'x=0.5');hold on;axis off;軟件可實(shí)現(xiàn)歸一化阻抗的計(jì)算：程序代碼：function pushbutton8_Callback(hObject, eventdata, handles)% hObject handle to pushbutton8 (see GCBO

23、)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)d = str2double(get(handles.dis,'String');zl = str2double(get(handles.edit1,'string');z = (zl+j*tan(2*pi*d)/(1+j*zl*tan(2*pi*d);y = 1/z;aida = (z-1)/(z+1);set

24、(handles.zin1,'string',num2str(z)set(handles.yin1,'string',num2str(y)set(handles.aida1,'string',num2str(aida)輸入阻抗的計(jì)算：程序代碼：function d = distance(zl, z) %函數(shù)distance返回輸入阻抗為z的點(diǎn)距負(fù)載zl的距離if(z=Inf) d=0.25;else d = real(atan(z - zl)/j/(1-z*zl)/2/pi);endif (d<0) d = d+0.5;end單雙支節(jié)匹配的

25、計(jì)算： 程序代碼：單支節(jié)function pushbutton8_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to pushbutton8 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)d = str2double(get(handles.dis,'String');zl = str2dou

26、ble(get(handles.edit1,'string');z = (zl+j*tan(2*pi*d)/(1+j*zl*tan(2*pi*d);y = 1/z;aida = (z-1)/(z+1);set(handles.zin1,'string',num2str(z)set(handles.yin1,'string',num2str(y)set(handles.aida1,'string',num2str(aida)function pushbutton10_Callback(hObject, eventdata, hand

27、les) 雙支節(jié)程序見附錄。畫smith原圖：Smith原圖：程序代碼：function circle(x0,y0,r,color,linetype) %畫圓t=0:0.01:2*pi;x=x0+cos(t)*r;y=y0+sin(t)*r;plot(x,y,linetype,'LineWidth',1,'color',color);function arch_x(x0,color) %畫弧if x0>0 if x0>=1 theta=pi-asin(2*x0/(x02+1); else theta=asin(2*x0/(x02+1); end; t

28、=0:0.01:theta; x=1-sin(t)*abs(1/x0); y=1/x0-cos(t)*abs(1/x0); plot(x,y,'-','LineWidth',1,'color',color);elseif x0<0 if x0<-1 theta=pi+asin(2*x0/(x02+1); else theta=-asin(2*x0/(x02+1); end; t=0:0.01:theta; x=1-sin(t)*abs(1/x0); y=1/x0+cos(t)*abs(1/x0); plot(x,y,'-

29、9;,'LineWidth',1,'color',color);end畫波形圖：電壓波形 電流波形 阻抗波形 動(dòng)態(tài)圖：程序波形：varargout1 = handles.output;function wave_u(zl) %函數(shù)wave_u畫出電壓圖像global pic1;aida = (zl-1)/(zl+1);abs_a = abs(aida);angle_a = angle(aida);x = 0:0.01:2;u = sqrt(1+abs_a2+2*abs_a*cos(4*pi*x-angle_a);subplot(pic1);h = plot(x,

30、 u);set(gca,'XDir','reverse')set(gca,'YAxisLocation','right')function wave_i(zl) %函數(shù)wave_i畫出電流圖像global pic1;aida = (zl-1)/(zl+1);abs_a = abs(aida);angle_a = angle(aida);x = 0:0.01:2;u = sqrt(1+abs_a2-2*abs_a*cos(4*pi*x-angle_a);subplot(pic1);h = plot(x, u);set(gca,

31、9;XDir','reverse')set(gca,'YAxisLocation','right')function wave_z(zl) %函數(shù)WAVE_Z畫出阻抗圖像global pic1;x = 0:0.01:2;z = (zl+j*tan(2*pi*x)./(1+j*zl*tan(2*pi*x);real_z = real(z);imag_z = imag(z);subplot(pic1);h = plot(x,real_z,x,imag_z)set(h,'Color','r''b'

32、)set(gca,'XDir','reverse')set(gca,'YAxisLocation','right')function wave_m(zl) %函數(shù)wave_movie畫出動(dòng)態(tài)電壓圖global pic1;aida = (zl-1)/(zl+1);n = 100;m = moviein(n);t = 0:10*pi/n:10*pi;x = 0:.01:2;nj = length(x);for i=1:n for a=1:nj if t(i)<4*pi if (2-x(a)<t(i)/2/pi u(a)=c

33、os(t(i)+2*pi*x(a); else u(a)=0; end; else if x(a)<(t(i)-4*pi)/2/pi u(a)=real(exp(j*t(i)*exp(j*2*pi*x(a)+exp(j*(t(i)-4*pi)*aida*exp(-j*2*pi*x(a); else u(a)=cos(t(i)+2*pi*x(a); end; end; end; subplot(pic1); plot(x,u) axis(0 2 -2 2) set(gca,'XDir','reverse') set(gca,'YAxisLocatio

34、n','right') m(:,i)=getframe;end;4.3 程序操作步驟步驟為：首先在原圖上捕捉一點(diǎn)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵確定，便可以在界面的左側(cè)窗口讀出歸一化輸入阻抗。單擊相應(yīng)功能塊的確定鍵可以計(jì)算出相應(yīng)的駐波比和發(fā)射系數(shù)。在波形選擇窗口選擇相應(yīng)的波形類型，單擊確定鍵，便可在窗口中觀察到相應(yīng)的波形圖。單擊單支節(jié)功能模塊的確定鍵，便可自動(dòng)輸出相應(yīng)的匹配位置，輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)，單擊雙支節(jié)確定鍵便可計(jì)算雙支節(jié)匹配所在位置。并在窗口中動(dòng)態(tài)顯示此狀態(tài)。 五、設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過對(duì)公式的熟悉，對(duì)原圖功能得更深入了解，對(duì)射頻電路參量有了更深入的理解，也對(duì)射頻電路設(shè)計(jì)的難點(diǎn)有了一定的了解。逐

35、漸認(rèn)識(shí)到了史密斯圓圖對(duì)射頻微波電路設(shè)計(jì)的重要性。傳輸線上的電壓反射系數(shù)、電壓駐波比、輸入阻抗都需要應(yīng)用到史密斯原圖，從而用來計(jì)算傳輸線的性能。利用圓圖的一些性質(zhì)，經(jīng)過幾步查找到對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，再旋轉(zhuǎn)一定的角度，就可以計(jì)算出輸入阻抗，匹配阻抗值，從而很容易的進(jìn)行阻抗匹配。除此之外，還可以從史密斯圓圖獲得一些其他數(shù)據(jù)。在這個(gè)課程設(shè)計(jì)中沒有涉及如何使用圓圖解決具體問題。如串聯(lián)或并聯(lián)一個(gè)電阻、電容、電感在圓圖中如何對(duì)應(yīng)。如何利用圓圖進(jìn)行阻抗匹配，設(shè)計(jì)電路圖等。在以后的學(xué)習(xí)實(shí)踐中要多重視對(duì)實(shí)際技巧練習(xí)，提高自己的實(shí)際能力。六、參考文獻(xiàn)1 王新穩(wěn)，李延平，李萍微波技術(shù)與天線（第三版），電子工業(yè)出版社，20112

36、 牛忠霞,雷雪,張德偉.微波技術(shù)及應(yīng)用.國防工業(yè)出版社，20053 陳懷琛,吳大正,高西全.MATLAB及在電子信息課程中應(yīng)用，20044 Rdinhold Ludwig,Pavel Bretchko.射頻電路設(shè)計(jì)理論與應(yīng)用，20025 南敬昌，田秀華，沈?qū)W利.用Matlab實(shí)現(xiàn)智能圓圖.遼寧工程大學(xué)學(xué)報(bào)2004.4 七、附錄雙支節(jié)程序代碼：% hObject handle to pushbutton10 (see GCBO)% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB% handles structure

37、 with handles and user data (see GUIDATA)global pic2;set(gcf,'WindowButtonMotionFcn','');hold off;subplot(pic2);background;hold on;zl = str2double(get(handles.edit1,'string');gamma_yl=-(zl-1)/(zl+1)r=abs(gamma_yl); %這里是畫弧的t1=angle(gamma_yl)d1 = handles.current_d1;d2 = handles

38、.current_d2;yin = (1+j*zl*tan(2*pi*d1)/(zl+j*tan(2*pi*d1);flag = 0; %標(biāo)志是否盲區(qū)switch d2;case 0.125 if real(yin) >= 2 flag = 1; errordlg('Blind Area!'); else circle(0,0.5,0.5,'r','-'); endcase 0.25 if real(yin) >= 1 flag = 1; errordlg('Blind Area!'); else circle(-0.

39、5,0,0.5,'r','-'); endcase 0.375 if real(yin) >= 2 flag = 1; errordlg('Blind Area!'); else circle(0,-0.5,0.5,'r','-'); endendif flag = 0plot(real(gamma_yl),imag(gamma_yl),'kx', 'MarkerSize',10,'LineWidth',2);hold on;text(real(gamma_yl

40、)+0.05,imag(gamma_yl),'zl');gamma_y1=(yin-1)/(yin+1)t2=angle(gamma_y1)if t1<0 t1 = t1+2*pi;endif t2<0 t2 = t2+2*pi;endif t1>t2 t = t1:-0.01:t2;else t = t1:-0.01;-t2;endx=0+cos(t)*r;y=0+sin(t)*r;subplot(pic2);plot(x,y,'r','LineWidth',2);pause(0.5);plot(x,y,'w'

41、,'LineWidth',2);pause(0.5);plot(x,y,'r','LineWidth',2);pause(0.5);plot(x,y,'w','LineWidth',2);pause(0.5);plot(x,y,'r','LineWidth',2); %后面的幾個(gè)弧一樣的，你只要看這里上面有什么問題就可以了hold on;plot(real(gamma_y1),imag(gamma_y1),'r>');hold on;g1 = real(yin)

42、;syms x y g1_;switch d2;case 0.125 x,y=solve('(x-g1_/(1+g1_)2+y2=1/(1+g1_)2', 'x2+(y-1/2)2=1/4');theta=0.5*pi;case 0.25 x,y=solve('(x-g1_/(1+g1_)2+y2 = 1/(1+g1_)2' , '(x+1/2)2+y2=1/4');theta=pi;case 0.375 x,y=solve('(x-g1_/(1+g1_)2+y2 = 1/(1+g1_)2' , 'x2+(

43、y+1/2)2=1/4');theta=1.5*pi;endx(1)=subs(x(1),g1_,g1);x(2)=subs(x(2),g1_,g1);y(1)=subs(y(1),g1_,g1);y(2)=subs(y(2),g1_,g1);x1=eval(x(1);x2=eval(x(2);y1=eval(y(1);y2=eval(y(2); aida(1) = x1+j*y1;aida(2) = x2+j*y2;yina(1) = (1+aida(1)/(1-aida(1);yina(2) = (1+aida(2)/(1-aida(2);r1=1/(1+real(yina(1);

44、r2=1/(1+real(yina(2);t1=atan(y1/(x1-real(yina(1)/(real(yina(1)+1);t2=atan(y2/(x2-real(yina(2)/(real(yina(2)+1);t0=atan(imag(gamma_y1)/(real(gamma_y1)-real(yina(1)/(real(yina(1)+1); %以下是將幅角都轉(zhuǎn)化為大于零小于2pi的角if x1-real(yina(1)/(real(yina(1)+1) < 0 %第二，三象限 t1 = t1+pi;endif x2-real(yina(2)/(real(yina(2)+

45、1) < 0 t2 = t2+pi;endif real(gamma_y1)-real(yina(1)/(real(yina(1)+1) t0 = t0+pi;endif t1 < 0 %第四象限 t1 = t1+2*pi;endif t2 < 0 t2 = t2+2*pi;endif t0 < 0 t0 = t0+2*pi;end %一下決定弧的走向，使它沿較短的邊畫if t1>t0 if t1-t0<pi ta = t0:0.01:t1; else t1 = t1-2*pi; ta = t1:0.01:t0; endelse if t0-t1<pi

46、 ta = t1:0.01:t0; else t0 = t0-2*pi; ta = t0:0.01:t1; t0 = t0+2*pi; endendif t2>t0 if t2-t0<pi tb = t0:0.01:t2; else t2 = t2-2*pi; tb = t2:0.01:t0; endelse if t0-t2<pi tb = t2:0.01:t0; else t0 = t0-2*pi; tb = t0:0.01:t2; endendxa=real(yina(1)/(1+real(yina(1)+cos(ta)*r1;ya=0+sin(ta)*r1;xb=re

47、al(yina(2)/(1+real(yina(2)+cos(tb)*r2;yb=0+sin(tb)*r2;subplot(pic2);plot(xa,ya,'b','LineWidth',2);hold on;plot(xb,yb,'b','LineWidth',2);pause(0.5);plot(xa,ya,'w','LineWidth',2);plot(xb,yb,'w','LineWidth',2);pause(0.5);plot(xa,ya,'b','LineWidth',2);hold on;plot(xb,yb,'b','LineWidth',2);pause(0.5);plot(xa,ya,'w','LineWidth',2);plot(xb,yb,'w','LineWidth',2);pause(0.5);plot(xa,ya,'b','LineWidth',2);hold on;plot(xb,yb,'b','LineWidth