Перейти к содержанию

Диаграмма Смита

Антенный анализатор показывает не только КСВ, но и странный круг с дугами. Это диаграмма Смита: на ней видно, насколько нагрузка отличается от 50 Ом и чем — активной частью или реактивной.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Диаграмма Смита (диаграмма Вольперта — Смита, Smith chart) — круговая номограмма, на которой каждой точке внутри единичного круга соответствуют и комплексный коэффициент отражения Γ, и комплексное сопротивление нагрузки, нормированное на опорное, обычно 50 Ом. Расстояние от центра — модуль Γ, угол — его фаза, а сетка из окружностей и дуг позволяет сразу прочитать активную и реактивную части сопротивления.

Как читать

Место на диаграммеЧто означает
Центрнагрузка равна опорному сопротивлению, Γ = 0, КСВ = 1
Левый крайкороткое замыкание
Правый крайобрыв
Верхняя половинаиндуктивная реактивность
Нижняя половинаёмкостная реактивность
Внешняя окружностьполное отражение,

Окружности с центром на горизонтальной оси — линии постоянного активного сопротивления, дуги — постоянной реактивности. Окружность вокруг центра — постоянный модуль Γ, то есть постоянный КСВ.

На приборе

Векторные анализаторы показывают S11 прямо на диаграмме Смита: у NanoVNA это формат трассы SMITH. Руководство NanoVNA-H предлагает проверять калибровку именно по ней: с эталоном OPEN точки собираются у правого края, с SHORT — у левого, с нагрузкой 50 Ом — в центре.

Кабель между прибором и нагрузкой поворачивает точку вокруг центра, не меняя расстояния до него. TI в записке AN058 переносит плоскость измерения к точке питания антенны электрической задержкой: её подбирают так, чтобы закороченный конец кабеля был точкой слева, а открытый — справа.

Зачем она нужна

Главное применение — проектирование согласующих цепей. Последовательная катушка или конденсатор сдвигают точку по окружности постоянного сопротивления, параллельный элемент — по окружности постоянной проводимости. Цель — привести точку в центр, и на диаграмме сразу видно, сколько элементов и какого типа для этого нужно.

Частые вопросы

Что означает центр диаграммы Смита?

Центр — точка, где сопротивление нагрузки равно опорному, обычно 50 Ом, и отражения нет. Руководство NanoVNA использует это для проверки калибровки: при подключённой нагрузке 50 Ом точки должны собраться в центре, при коротком замыкании — у левого края, при обрыве — у правого.

Как по диаграмме Смита понять, катушка или конденсатор нужен для согласования?

Верхняя половина диаграммы соответствует индуктивной реактивности, нижняя — ёмкостной. Последовательный элемент двигает точку по окружности постоянного активного сопротивления: катушка вверх, конденсатор вниз. Задача согласования — привести точку в центр, и диаграмма показывает, какими шагами это сделать.

Почему точка нагрузки вращается по кругу, если удлинить кабель?

Отрезок линии с тем же волновым сопротивлением не меняет модуль коэффициента отражения, но сдвигает его фазу, и точка поворачивается вокруг центра. Поэтому TI в AN058 переносит плоскость отсчёта к антенне электрической задержкой: при правильной задержке короткое замыкание на конце кабеля снова видно точкой у левого края.

Источники

  1. nanovna.com. How to read NanoVNA screen; Start measurement; Calibration NanoVNA (перевод руководства cho45) — формат трассы SMITH — диаграмма Смита, также LOGMAG, PHASE, SWR, POLAR; руководство NanoVNA-H (2019-07-11): после калибровки при подключённом OPEN точки должны собираться у правого края диаграммы, SHORT — у левого, LOAD — в центре
  2. Texas Instruments. AN058 Antenna Selection Guide, SWRA161B (2010) — разд. 6.2.2: чтобы измерить сопротивление антенны, плоскость отсчёта переносят от разъёма к точке питания электрической задержкой; при закороченном конце кабеля задержку подбирают, пока импеданс не станет точкой слева на диаграмме Смита, при открытом — справа; при небольшом различии берут среднее

Нашли ошибку?

Смотрите также