北邮微波期中作业单双支节匹配样稿

信息和通信工程学院

微波期中作业试验汇报

班级：211116
姓名： 黄常凯
学号：210456
序号： 05
日期：15.06.10

目录

一、 二、 三、 1、

试验目标：........................................................................................................................试验要求............................................................................................................................试验原理............................................................................................................................ 圆图绘制：....................................................................................................................

2、单支节并联匹配原理：......................................................................................................

3、双支节并联匹配原理：......................................................................................................

四、	软件步骤图........................................................................................................................
五、	使用说明............................................................................................................................
六、 七、	心得体会............................................................................................................................ 演示步骤截图....................................................................................................................

摘要本试验经过MATLAB软件绘制Smith圆图，并进行单、双支节匹配演示。关键词：MATLABSmith圆图单支节匹配双支节匹配

一、试验目标：

2、学会使用史密斯圆图分析问题；1、了解史密斯圆图原理和作用； 二、试验要求

1、经过软件编程实时显示史密斯圆图和归一化阻抗值；
2、实时显示导纳圆图和归一化阻抗值；
3、实现驻波系数，反射系数模和幅角可视化计算；
4、实现传输线输入阻抗可视化计算；
5、实现并联单支节匹配长度和支节位置计算；
6、实现并联双支节匹配长度计算。

三、试验原理
a:

求反射系数公式。在ConvertZ2AbsL等函数中用到

b：

求反射系数模，在[AbsL，Ph]函数中用到。

求输入阻抗，在双支节匹配中，由y1旋转到y1‘用到，用于求第一个直接匹配后导纳。

d：

用于计算按钮中，求驻波比和K。
e：

单支节匹配中用于解析法求distance和length函数中用到。

输入阻抗虚部不为0 时用到。 1

f：

关键用于绘制圆函数，很关键。

1、圆图绘制：

给定输入阻抗值和传输线特征阻抗，即可求得归一化阻抗

~ Z



Z

L



~ R



j

~ X



r



jx

。则能够分别绘出等 圆，等 圆及依据算出来



2

绘出等

L

Z

o

RX

反射圆。

等R圆和等X圆方程以下：

			~ R			)	2			2			1			(			1 )	2		(			1	)	2		(	1	)	2
	u		~ R		1				v			~ (R		1 )	2		u						v		~ X					~ X

2、单支节并联匹配原理：

当负载阻抗表示为 ( R jX )jZ m 时，则距负载距离为d 处传输线 ~ Z L R ( XZ o m ) ， Z o [ R ( XZ o m ) ] 。为取得匹配负载，选

择

d 使

G



Y o



1

,

则

m 二

次

程

Z

o

方

Z

o

(

R



Z

o

)

m

2



2

X Z

o

m



(

R Z

o



R

2



X

2

)



0

，对m 求解给出

     

m



X



o

R [(

Z

o



R

)

2



X

2

]

/

Z

o

(

R



Z

o

)

R



Z

o

m





X

2

Z

(

R



Z

o

)

所以，m两个解为：

d   d



1 arctan( 2

m

)

m

)]

(

m



0 )

m



Z



Xm

)(

X



Z



1 [

arctan(



2

(

m



0 )



(

o

o

m

)

B



R

2

为求出匹配支节长度，先要得到m 代入

Z

o

2

[

R

2



(

X



Z

o

m

)

2

]

中求出B，

然后令支节输入端电纳等于-B。

	L o			1 arctan( 2		B		)
支节为开路线时长度为						Y o
	L 
			1 arctan		Y o		)
支节为短路线时长度为			2		B



假如上面两式求出长度是负值，只需加上	2	即可。
传输线相连接位置会随负载位置而发生改变，这对同轴线、带线等传输形式就不方便了。处 单支节匹配能使任意负载 ( R 和传输线特征阻抗相匹配。但它缺点是：支节和主 和波导，采取段路线更为适宜，因为开路线很轻易产生辐射，使得开路支节不再是纯电抗。

3、双支节并联匹配原理：

（在程序中我们固定第一调配支节在负载处，即令

d

1

为0，同时选择两支节之间距



离

d

2

为

8

）

在第一支节左边，输入导纳可表示为：

Yb



G



j

(

B



B

2

)

，式中，

YL



G



jB

是负载导纳，

jB

2

是第一支节输入电纳，向电源方向走过

d

2

到第二支节右边时，输入导

纳可表示为

Y 3



Y o

G



j

(

B



B

2



Y o

m

)

)

，式中，

m



tan(下载高清d 2 )，Z o。要匹

Y o



jm

( G



jB



jB

2

配成功，则在该点

Y 3

实部必需等于

Y o

，由此导出方程：

G

2



GY o

1



m

2



( Y o



Bm



B

2

m

)

2



0

。再由已知

d

2

和上式一起确定第一支节输

m

2

m

2

入电纳：

B

2





B



Y o



( 1



m

2

)

GY o



G

2

m

2

，然后，令

Y 3

虚部等于第二支节电

m

纳负值，便可求出第二支节电纳值为

B

4





Y o

( 1



m

2

)

GY o



G

2

m

2



GY o

。在求

Gm

出

B 2

和

B

4

中，正负号分别对应同一组解。利用

B 

B

2

或

B 

B

4

能够分别求出两个匹配

支节长度

L 1

和

L 1

：

支节为开路线时长度为

L 

1 arctan( 2

B

)

Y o

支节为短路线时长度为

L 1 Y

www.taodocs.com









3

d

2

<

2

，但靠近0 或

2

时，会使匹配网络对频率敏感，通常取为

8

、

2

或

8

。决

定辅助圆位置两支节之间距离

d

2

标准上能够任意选择，但只有当辅助圆和

~ Y 1



g

1



jb

中等

g 1

圆有交点时，才能实现阻抗匹配。实际上，当

d

2

和第一支节到负载距离

d

1

确定

后，不是对任意负载全部能使对应等

g 1

圆和辅助圆相交，这就是双支节匹配“盲区”。处

理“盲区”有效方法是采取三支节匹配器

四、软件步骤图

Main函数

主函数开始

绘制圆图	单支节匹配	双支节匹配
plot__circle	plot_single_fun	plot_double_fun

始化

circle 子函数	取得Zo,ZL	Y	single_match 函数
circlefun 子函数 N	值符合
		计算ρ,R,X	取得Zo,ZL
			Z0,Zl计算匹配点位置

提醒犯错信息

在圆图上画出匹配点

用子函数画圆图

返回，并输出计算结果

double_match函数

传入Zo,ZL

计算匹配点位置

在圆图上画出匹配点

返回

传入已求Z0,R,X

将上值带入求双支节匹配位置公式

返回各位置值。

该程序能够实现以下计算及输出：

（1）绘制圆图：依据输入负载和特征阻抗，绘出阻抗圆图；给出终端反射系数								2	、行波
系数	、距终端最近电压波节点	L min	和电压波腹点	L max	；并给出单节	 变换器匹配情况： 4

在阻抗圆图上，蓝色圆分别表示等R圆、等X圆，黑色实线圆表示等反射圆，绿色五

角星表示负载在圆图上位置。由蓝色实线能够确定负载电刻度（假如R、X或Zo输入不是

实数，则会出现错误提醒）。
（2）单支节并联匹配：依据输入负载和特征阻抗，绘出导纳圆图；给出终端反射系数							2	、
行波系数	、距终端最近电压波节点	L min	和电压波腹点	L max	；并给出单支节并联匹配情
况（包含短路和开路支节匹配位置和长度）。

在导纳圆图上，蓝色圆分别表示等G圆、等B圆，黑色实线圆表示等反射圆，等G圆

和等反射圆交点处绿色五角星代表负载在圆图上位置，和这个五角星相关等反射圆对称另一 个绿色五角星代表负载阻抗在圆图上位置。青色圆表示g=1 匹配圆。两 （3）双支节并联匹配：依据输入负载和特征阻抗，绘出导纳圆图；给出终端反射系数2、
行波系数	、距终端最近电压波节点	L min	和电压波腹点	L max	；并给出双支节并联匹配情
况（包含短路支节匹配位置和长度）。

在导纳圆图上，蓝色圆分别表示等G圆、等B圆，黑色实线圆表示等反射圆，等G圆

和等反射圆交点处绿色五角星代表负载在圆图上位置，和这个五角星相关等反射圆对称另一
个绿色五角星代表负载阻抗在圆图上位置。两个青色圆分别表示g=1 匹配圆和					 匹配圆。 8
等G 圆和	 匹配圆两个交点处蓝色五角星代表第一支节匹配点，两条蓝色直线分别标出其 8
电刻度。两个蓝色五角星顺时针旋转			，得到红色五角星即是第二支节匹配点，而两条红
		2
色直线分别标出了其电刻度。当等G 元圆和				 8 匹配圆没有交点时，说明进入了双支节匹配
“盲区”，程序会自动给出提醒。同时在圆图上只画出导纳示意图。（假如R、X 或Zo 输入

不是实数，则会出现错误提醒）。

六、演示步骤截图

界面以下图所表示，现已完成负载阻抗ZL=(30+j45)Ω，特征阻抗Zo=100Ω单双枝节并联匹配为例，第一步，绘制史密斯圆图，在图中绿色交点即为归一化负载阻抗点。

第二步，单击单枝节匹配，史密斯圆图下方显示出了匹配点距离负载距离和并联短路线

或开路线长度。一共有两组解。

显示中小方格其实是汉字字符，但因为本人电脑上matlab版本和win7专题兼容不好，造成汉字字符显示不全，完整截图内文字应该是： “在d1= 0.35471λ处并接入长度为Ls=0.0926λ短路支节,或Lo= 0.34265λ开路支节

可实现匹配，或在d2 =0.0013178λ处并接入长度为Ls = 0.40735λ短路支节,或Lo = 0.15735λ

开路支节可实现匹配”

第三步，单击双枝节匹配，其中d1+0，d2=λ/8。也是一共有两组解，也是有显示上
问题，完整文字应该是：

“在负载处并入长度为0.45616λ短路支节,再在d=λ/8处并入长度为0.42539λ短路支节就可实现匹配，或在负载处并入长度为0.40828λ短路支节,再在d=λ/8处并入长度为0.25403λ短路支节就可实现匹配”

这次试验是我从未碰到过，难度之大超出了我能力范围，所以这次试验也是在很多同学

帮助下才得以完成，而且完成得并不是很好。因为我编程能力并不是很好，所以并没能实现

全部功效，期望老师谅解。以后我还要愈加努力学习射频知识和matlab，争取下次假如碰到

这种试验时能做得愈加好。

八、参考文件

《微波技术基础》	李秀萍著电子工业出版社		高等教育出版社、
《MATLAB 程序设计和应用》		刘卫国陈昭平张颖

九、部分代码（单双支节匹配部分）

functionsmithfun(action)
ifnargin<1
action='initialize';
end
ifstrcmp(action,'initialize')
%建立用户控件界面
clfreset;
set(gcf,'menubar','none');
set(gcf,'defaultuicontrolunits','normalized');

set(gcf,'resize','off');set(gcf,'defaultuicontrolhorizontal','left'); set(gcf,'unit','normalized','position',[0.2,0.2,0.5,0.6]);

H_axes=axes('position',[0.08,0.35,0.6,0.6],'xlim',[-1,1],'ylim',[-1,1]);
%生成框架控件
H_fig=get(H_axes,'parent');

H=uicontrol(H_fig,'style','frame','position',[0.72,0.05,0.25,0.65

]); H=uicontrol(H_fig,'style','frame','position',[0.72,0.75,0.25,0.2]

);

H=uicontrol(H_fig,'style','frame','position',[0.08,0.05,0.6,0.2])

;

%生成静态文本控件(显示作者姓名)

H=uicontrol(H_fig,'style','text','unit','normalized','position',[

0.73,0.88,0.22,0.05],'fontname','微

软

雅

黑

','fontsize',12,'horizontal','left','string',{'210579号邵熠'});