一種基于Smith圓圖的多頻匹配系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于Smith圓圖的多頻匹配系統(tǒng)，包括：多頻數(shù)據(jù)輸入模塊，用于同時并行輸入多個起始阻抗值并設(shè)定Smith圓圖歸一化參考阻抗，其中，所述多個起始阻抗值對應(yīng)的頻率不相同；控制面板模塊，用于提供多個電路元件的控制按鈕，其中，所述多個電路元件根據(jù)用戶選擇的控制按鈕組成電路單元；結(jié)果計算和顯示模塊，所述結(jié)果計算和顯示模塊與所述多頻數(shù)據(jù)輸入模塊和所述控制面板模塊相連，用于計算并顯示不同頻率的多個起始阻抗值對應(yīng)的阻抗點在Smith圓圖中位置、所述多個起始阻抗值在并聯(lián)/串聯(lián)所述電路元件后輸入阻抗在Smith圓圖的變化和對應(yīng)的實時反射系數(shù)，以進行多頻共時匹配。本發(fā)明計算精度高，簡單易用，方便用戶進行多頻匹配和調(diào)諧。
【專利說明】-種基于Smi th圓圖的多頻匹配系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及多頻匹配【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于Smith圓圖的多頻匹配系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] Smith圓圖是眾多流行的計算機微波設(shè)計軟件和微波檢測設(shè)備中的重要組成部 分，為進行阻抗匹配提供了可視化。Smith圓圖將發(fā)射系數(shù)、輸入阻抗等直觀展現(xiàn)在圖形中。 阻抗匹配是指負(fù)載阻抗與激勵源內(nèi)阻抗互相適配，達(dá)到最大功率輸出或最小反射等目標(biāo)的 一種工作狀態(tài)。要通過Smith圓圖進行阻抗匹配，首先將負(fù)載阻抗用Smith圓圖的參考阻 抗進行歸一化，找到其對應(yīng)在Smith圓圖上的點，通過串聯(lián)或并聯(lián)電容、電感等元件，改變 輸入阻抗的值，相應(yīng)在Smith圓圖上表現(xiàn)為輸入阻抗值沿一定軌跡（例如等電阻圓、等電抗 圓等）發(fā)生變化，最終到達(dá)Smith圓圖的匹配點。
[0003] 隨著無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)的單頻段通信系統(tǒng)逐漸向多頻段的方向發(fā) 展，為了滿足多頻段工作的需求，通信系統(tǒng)的收發(fā)信機應(yīng)具備工作在多個頻段的功能，以實 現(xiàn)小型化，增加靈活性并減少成本，而多頻匹配是多頻微波器件的設(shè)計基礎(chǔ)和核心，因此， 設(shè)計和實現(xiàn)多頻匹配電路具有深遠(yuǎn)意義。然而，目前只有雙頻匹配可由解析公式方法計算 得到，而雙頻解析方法依賴于匹配結(jié)構(gòu)，即先確定匹配結(jié)構(gòu)，后進行計算，這種方法由于受 匹配結(jié)構(gòu)適用性、頻率間隔、求解難度以及電路可實現(xiàn)性等方面的限制，往往需要針對同一 結(jié)構(gòu)進行多次計算，甚至針對多種結(jié)構(gòu)進行多次計算，計算過程復(fù)雜、繁瑣，目前三頻或以 上頻率尚無可遵循的解析設(shè)計方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種基于Smith圓圖的多頻匹配系統(tǒng)，該系統(tǒng)計算精度高， 簡單易用，方便用戶進行多頻匹配和調(diào)諧。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施方式提出一種基于Smith圓圖的多頻匹配系統(tǒng)， 包括：多頻數(shù)據(jù)輸入模塊，用于同時并行輸入多個起始阻抗值并設(shè)定Smith圓圖歸一化參 考阻抗，其中，所述多個起始阻抗值對應(yīng)的頻率不相同；
[0006] 控制模塊，用于為所述起始阻抗值提供以串聯(lián)和/或并聯(lián)方式相連的多個電路元 件；
[0007] 計算模塊，與所述多頻數(shù)據(jù)輸入模塊和所述控制模塊相連，用于計算所述多個起 始阻抗值在通過所述電路元件后在Smith圓圖中的實時位置和對應(yīng)的實時反射系數(shù)；
[0008] 顯示模塊，與所述多頻數(shù)據(jù)輸入模塊和所述計算模塊相連，用于顯示所述多頻數(shù) 據(jù)輸入模塊所輸入的多個起始阻抗值對應(yīng)的阻抗點在Smith圓圖中的位置、所述計算模塊 所計算的多個起始阻抗值在并聯(lián)/串聯(lián)所述電路元件后在Smith圓圖中的實時位置和對應(yīng) 的實時反射系數(shù)，當(dāng)多個阻抗點同時到達(dá)圓點或滿足預(yù)定的反射系數(shù)時，即完成了多頻阻 抗匹配。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，多個起始阻抗值不同且所對應(yīng)的頻率不同。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，所述計算模塊進一步用于，根據(jù)所述起始阻抗值通過 下式

【權(quán)利要求】
1. 一種基于Smith圓圖的多頻匹配系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括： 多頻數(shù)據(jù)輸入模塊，用于并行輸入多個起始阻抗值并設(shè)定Smith圓圖歸一化參考阻 抗，其中，所述多個起始阻抗值對應(yīng)的工作頻率不相同； 控制模塊，用于為所述起始阻抗值提供以串聯(lián)和/或并聯(lián)方式相連的多個電路元件； 計算模塊，與所述多頻數(shù)據(jù)輸入模塊和所述控制模塊相連，用于計算所述多個起始阻 抗值在通過所述電路元件后在Smith圓圖中的實時位置和對應(yīng)的實時反射系數(shù)； 顯示模塊，與所述多頻數(shù)據(jù)輸入模塊和所述計算模塊相連，用于顯示所述多頻數(shù)據(jù)輸 入模塊所輸入的多個起始阻抗值對應(yīng)的阻抗點在Smith圓圖中的位置、所述計算模塊所計 算的多個起始阻抗值在并聯(lián)/串聯(lián)所述電路元件后在Smith圓圖中的實時位置和對應(yīng)的實 時反射系數(shù)，當(dāng)多個阻抗點同時到達(dá)圓點或滿足預(yù)定的反射系數(shù)時，完成了多頻阻抗匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Smith圓圖的多頻匹配系統(tǒng)，其中，所述多個起始阻抗值 不同且所對應(yīng)的頻率不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Smith圓圖的多頻匹配系統(tǒng)，其中，所述計算模塊進一步 用于，根據(jù)所述起始阻抗值通過下式
計算輸入第i個起始阻抗值所對應(yīng)的反射系數(shù)I\，i = 1，2, 3···，其中，Zi是輸入的第i個起始阻抗值，ZO是所述Smith圓圖歸一化參考阻抗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Smith圓圖的多頻匹配系統(tǒng)，其中，所述計算模塊進一步 用于，根據(jù)所述起始阻抗值通過下式
計算第i個起始阻抗值當(dāng)前所對應(yīng)的實時反射系數(shù)ri;i = 1，2, 3···，其中，Zi是第i個起始阻抗值所對應(yīng)的第i個阻抗點的當(dāng)前阻抗值，ZO是所述Smith圓圖歸一化參考阻抗。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Smith圓圖的多頻匹配系統(tǒng)，其中，所述電路元件包括電 阻、電容、電感和傳輸線； 所述以串聯(lián)和/或并聯(lián)方式相連的多個電路元件包括：串聯(lián)電阻、并聯(lián)電阻、串聯(lián)電 容、并聯(lián)電容、串聯(lián)電感、并聯(lián)電感、并聯(lián)開路枝節(jié)、并聯(lián)短路枝節(jié)、串聯(lián)傳輸線； 所述控制模塊還包括取消子模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于Smith圓圖的多頻匹配系統(tǒng)，其中，所述控制模塊根據(jù)用 戶每次選擇的電路元件，組成多個電路結(jié)構(gòu)的電路單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于Smith圓圖的多頻匹配系統(tǒng)，其中，所述顯示模塊進一步 用于顯示多個起始阻抗值在通過不同電路元件后輸入阻抗值在Smith圓圖的運動軌跡。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于Smith圓圖的多頻匹配系統(tǒng)，其中，所述顯示模塊進一步 用于： (1)顯示第i個起始阻抗值在通過串聯(lián)電阻電路元件后第i個阻抗值所對應(yīng)的第i個阻抗點沿著所在的等電抗圓向電阻增大的方向運動的運動軌跡，所述等電抗圓圓心是 iOI 1,-，半徑是一，2, 3···，其中，Xi是第i個起始阻抗值所對應(yīng)的Smith圓圖歸一VX i J Xi 化電抗，i是所述歸一化電抗的模值； (2) 顯示第i個起始阻抗值在通過并聯(lián)電阻電路元件后第i個阻抗值所對應(yīng)的第i個 阻抗點沿著各自所在的等電納圓向電導(dǎo)增大的方向運動的運動軌跡，所述等電納圓圓心是 (-1，-丄），半徑是I，卜1，2, 3···，其中，I3i是第i個起始阻抗值所對應(yīng)的Smith圓圖b/ k 歸一化電納，^是所述歸一化電納的模值； (3) 顯示第i個起始阻抗值在通過串聯(lián)電容電路元件后第i個阻抗值所對應(yīng)的第i個 阻抗點沿著各自所在的等電阻圓逆時針運動的運動軌跡，所述等電阻圓圓心是-，〇)， l+c 半徑是7^-，i=1，2, 3'"，其中，A是第i個起始阻抗值所對應(yīng)的Smith圓圖歸一化電I + r. 阻； (4) 顯示第i個起始阻抗值在通過并聯(lián)電容電路元件后第i個阻抗值所對應(yīng)的 第i個阻抗點沿著各自所在的等電導(dǎo)圓順時針運動的運動軌跡，所述等電導(dǎo)圓圓心是 〇 1 (-7^,0)，半徑是^，i=1，2, 3…，其中，gi是第i個起始阻抗值所對應(yīng)的Smith圓圖歸一化電導(dǎo)； (5) 顯示第i個起始阻抗值在通過串聯(lián)電感電路元件后第i個阻抗值所對應(yīng)的第i個 阻抗點沿著所在的等電阻圓順時針運動的運動軌跡，所述等電阻圓圓心是（7^一，〇)，半徑 IjTTi 是7^-，i=1，2, 3"'，其中，A是第i個起始阻抗值所對應(yīng)的Smith圓圖歸一化電阻； I+Ti (6) 顯示第i個起始阻抗值在通過并聯(lián)電感電路元件后第i個阻抗值所對應(yīng)的 第i個阻抗點沿著各自所在的等電導(dǎo)圓逆時針運動的運動軌跡，所述等電導(dǎo)圓圓心是 (一，半徑是，i=1，2, 3"'，其中，&是第i個起始阻抗值所對應(yīng)的Smith 1 +備 l+gi 圓圖歸一化電導(dǎo)； (7) 顯示第i個起始阻抗值在通過并聯(lián)開路枝節(jié)電路元件后第i個阻抗值所對應(yīng) 的第i個阻抗點沿著各自所在的等電導(dǎo)圓順時針運動的運動軌跡，所述等電導(dǎo)圓圓心是 σ? (-7^，〇)，半徑是^--，/=1，2, 3…，其中，gi是第i個起始阻抗值所對應(yīng)的Smith圓 1 + 瓦 i+g, 圖歸一化電導(dǎo)； (8) 顯示第i個起始阻抗值在通過并聯(lián)短路枝節(jié)電路元件后第i個阻抗值所對應(yīng) 的第i個阻抗點沿著各自所在的等電導(dǎo)圓逆時針運動的運動軌跡，所述等電導(dǎo)圓圓心是 〇 1 (-，半徑是^--，i=1，2, 3'"，其中，gi是第i個起始阻抗值所對應(yīng)的Smith圓 1 + ^· 1 + 瓦 圖歸一化電導(dǎo)； (9) 顯示第i個起始阻抗值在通過串聯(lián)傳輸線電路元件后第i個 阻抗值所對應(yīng)的第i個阻抗點沿著各自所在圓順時針運動的運動 軌跡，所在圓圓心是(Γ,?<(0^<0 _^(0 Γ,'"(0>〇)，半徑是 ^\Γ，Μη，i=l, 2, 3···，其中，zib(i)是第i個起始阻抗值 所對應(yīng)的Smith圓圖歸一化阻抗，ΓΑω、rib(i)分別表示第i個阻抗點運動前反射系數(shù)的 實部與虛部，rM(i)、ria⑴分別表示第i個阻抗點運動后反射系數(shù)的實部與虛部，I.I是變 量的模值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于Smith圓圖的多頻匹配系統(tǒng)，其中，所述計算模塊還用于 計算每個電路元件的阻抗值，所述顯示模塊還用于顯示每個電路元件的電路圖，以及顯示 每個電路元件的值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于Smith圓圖的多頻匹配系統(tǒng)，其中，所述計算模塊進一 步用于： (1) 當(dāng)用戶選擇串聯(lián)電阻時，用戶在Value處輸入串聯(lián)電阻的阻抗值，根據(jù)下面公式計 算出選擇串聯(lián)電阻后的歸一化阻抗值Zia， Value=ZO(Zia-Zib) 其中，Value是串聯(lián)電阻的阻抗值，單位是Ohm，Zib是選擇串聯(lián)電阻前第i個阻抗點對 應(yīng)的歸一化阻抗值，Zia是選擇串聯(lián)電阻后第i個阻抗點對應(yīng)的歸一化阻抗值，i= 1，2, 3···， ZO是Smith圓圖歸一化參考阻抗值； (2) 當(dāng)用戶選擇并聯(lián)電阻時，用戶在Value處輸入并聯(lián)電阻的阻抗值，根據(jù)下面公式計 算出并聯(lián)電阻后的歸一化阻抗值Zia， Value= Ζ〇 = Z〇 Y. -Y1II iaib--- ^ia^ib 其中，Value是并聯(lián)電阻的阻抗值，單位是Ohm，Zib是選擇并聯(lián)電阻前第i個阻抗點對 應(yīng)的歸一化阻抗值，Zia是選擇并聯(lián)電阻后第i個阻抗點對應(yīng)的歸一化阻抗值，Yib是選擇并 聯(lián)電阻前第i個阻抗點對應(yīng)的歸一化導(dǎo)納值，Yia是選擇并聯(lián)電阻后第i個阻抗點對應(yīng)的歸 一化導(dǎo)納值，i= 1，2, 3···，ZO是Smith圓圖歸一化參考阻抗值； ⑶當(dāng)用戶選擇串聯(lián)電容時，用戶在Value處輸入串聯(lián)電容的電容值，根據(jù)下面公式計 算出串聯(lián)電容后的歸一化阻抗值Z,、， ，vaiue疋中収
pBW且，平pF，Zib是選擇串聯(lián)電容前第i個阻抗點對應(yīng) 的歸一化阻抗值，Zia是選擇串聯(lián)電容后第i個阻抗點對應(yīng)的歸一化阻抗值，i= 1，2, 3···， ZO是Smith圓圖歸一化參考阻抗值，&是第i個阻抗點對應(yīng)的頻率； ⑷當(dāng)用戶選擇并聯(lián)電容時，用戶在Value處輸入并聯(lián)電容的電容值，根據(jù)下面公式計 算出并聯(lián)電容后的歸一化阻抗值Zia，
其中，Value是并聯(lián)電容的電容值，單位是pF，Zib是選擇并聯(lián)電容前第i個阻抗點對應(yīng) 的歸一化阻抗值，Zia是選擇并聯(lián)電容后第i個阻抗點對應(yīng)的歸一化阻抗值，Yib是選擇并聯(lián) 電容前第i個阻抗點對應(yīng)的歸一化導(dǎo)納值，Yia是選擇并聯(lián)電容后第i個阻抗點對應(yīng)的歸一 化導(dǎo)納值，i= 1，2, 3···，ZO是Smith圓圖歸一化參考阻抗值，&是第i個阻抗點對應(yīng)的頻 率； (5) 當(dāng)用戶選擇串聯(lián)電感時，用戶在Value處輸入串聯(lián)電感的電感值，根據(jù)下面公式計 算出串聯(lián)電感后的歸一化阻抗值Zia，
其中，Value是串聯(lián)電感的電感值，單位是nH，Zib是選擇串聯(lián)電感前第i個阻抗點對應(yīng) 的歸一化阻抗值，Zia是選擇串聯(lián)電感后第i個阻抗點對應(yīng)的歸一化阻抗值，i= 1，2, 3···， ZO是Smith圓圖歸一化參考阻抗值，&是第i個阻抗點對應(yīng)的頻率； (6) 當(dāng)用戶選擇并聯(lián)電感時，用戶在Value處輸入并聯(lián)電感的電感值，根據(jù)下面公式計 算出并聯(lián)電感后的歸一化阻抗值Zia，
其中，Value是并聯(lián)電感的電感值，單位是nH，Zib是選擇并聯(lián)電感前第i個阻抗點對應(yīng) 的歸一化阻抗值，Zia是選擇并聯(lián)電感后第i個阻抗點對應(yīng)的歸一化阻抗值，Yib是選擇并聯(lián) 電感前第i個阻抗點對應(yīng)的歸一化導(dǎo)納值，Yia是選擇并聯(lián)電感后第i個阻抗點對應(yīng)的歸一 化導(dǎo)納值，i= 1，2, 3···，ZO是Smith圓圖歸一化參考阻抗值，&是第i個阻抗點對應(yīng)的頻 率； (7) 當(dāng)用戶選擇并聯(lián)開路枝節(jié)時，用戶在Value處輸入并聯(lián)開路枝節(jié)的電長度，在Ztj 處輸入并聯(lián)開路枝節(jié)的特征阻抗值，根據(jù)下面公式計算出并聯(lián)開路枝節(jié)后的歸一化阻抗值 Zia，
其中，Value是并聯(lián)開路枝節(jié)的電長度，單位是Deg，Ztj是并聯(lián)開路枝節(jié)的特征阻抗值， 單位是Ohm，Zib是選擇并聯(lián)開路枝節(jié)前第i個阻抗點對應(yīng)的歸一化阻抗值，Zia是選擇并聯(lián) 開路枝節(jié)后第i個阻抗點對應(yīng)的歸一化阻抗值，Yib是選擇并聯(lián)開路枝節(jié)前第i個阻抗點 對應(yīng)的歸一化導(dǎo)納值，Yia是選擇并聯(lián)開路枝節(jié)后第i個阻抗點對應(yīng)的歸一化導(dǎo)納值，i= 1，2, 3···，ZO是Smith圓圖歸一化參考阻抗值； (8) 當(dāng)用戶選擇并聯(lián)短路枝節(jié)時，用戶在Value處輸入并聯(lián)短路枝節(jié)的電長度，在Ztj 處輸入并聯(lián)短路枝節(jié)的特征阻抗值，根據(jù)下面公式計算出并聯(lián)短路枝節(jié)后的歸一化阻抗值 Zia，
其中，Value是并聯(lián)短路枝節(jié)的電長度，單位是Deg，Ztj是并聯(lián)短路枝節(jié)的特征阻抗值， 單位是Ohm，Zib是選擇并聯(lián)短路枝節(jié)前第i個阻抗點對應(yīng)的歸一化阻抗值，Zia是選擇并聯(lián) 短路枝節(jié)后第i個阻抗點對應(yīng)的歸一化阻抗值，Yib是選擇并聯(lián)短路枝節(jié)前第i個阻抗點 對應(yīng)的歸一化導(dǎo)納值，Yia是選擇并聯(lián)短路枝節(jié)后第i個阻抗點對應(yīng)的歸一化導(dǎo)納值，i= 1，2, 3···，ZO是Smith圓圖歸一化參考阻抗值； (9) 當(dāng)用戶選擇串聯(lián)傳輸線時，用戶在Value處輸入串聯(lián)傳輸線的電長度，在Ztj處輸入 串聯(lián)傳輸線的特征阻抗值，根據(jù)下面公式計算出串聯(lián)傳輸線后的歸一化阻抗值Zia，
其中，Value是串聯(lián)傳輸線的電長度，單位是Deg，Zq是串聯(lián)傳輸線的特征阻抗值，單位 是Ohm，Zib是選擇串聯(lián)傳輸線前第i個阻抗點對應(yīng)的歸一化阻抗值，Zia是選擇串聯(lián)傳輸線 后第i個阻抗點對應(yīng)的歸一化阻抗值，i= 1，2, 3···，ZO是Smith圓圖歸一化參考阻抗值。
【文檔編號】H04B1/40GK104320100SQ201410547005
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】于翠屏, 范明爽, 劉元安, 楊乾坤, 黎淑蘭, 蘇明, 王衛(wèi)民 申請人:北京郵電大學(xué)