一种基于Smith圆图的多频匹配系统技术方案

一种基于Smith圆图的多频匹配系统，包括：多频数据输入模块，用于同时并行输入多个起始阻抗值并设定Smith圆图归一化参考阻抗，其中，所述多个起始阻抗值对应的频率不相同；控制面板模块，用于提供多个电路元件的控制按钮，其中，所述多个电路元件根据用户选择的控制按钮组成电路单元；结果计算和显示模块，所述结果计算和显示模块与所述多频数据输入模块和所述控制面板模块相连，用于计算并显示不同频率的多个起始阻抗值对应的阻抗点在Smith圆图中位置、所述多个起始阻抗值在并联/串联所述电路元件后输入阻抗在Smith圆图的变化和对应的实时反射系数，以进行多频共时匹配。本发明专利技术计算精度高，简单易用，方便用户进行多频匹配和调谐。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Smith圆图的多频匹配系统
本专利技术涉及多频匹配
，特别涉及一种基于Smith圆图的多频匹配系统。
技术介绍
Smith圆图是众多流行的计算机微波设计软件和微波检测设备中的重要组成部分，为进行阻抗匹配提供了可视化。Smith圆图将发射系数、输入阻抗等直观展现在图形中。阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内阻抗互相适配，达到最大功率输出或最小反射等目标的一种工作状态。要通过Smith圆图进行阻抗匹配，首先将负载阻抗用Smith圆图的参考阻抗进行归一化，找到其对应在Smith圆图上的点，通过串联或并联电容、电感等元件，改变输入阻抗的值，相应在Smith圆图上表现为输入阻抗值沿一定轨迹(例如等电阻圆、等电抗圆等)发生变化，最终到达Smith圆图的匹配点。随着无线通信技术的迅猛发展，传统的单频段通信系统逐渐向多频段的方向发展，为了满足多频段工作的需求，通信系统的收发信机应具备工作在多个频段的功能，以实现小型化，增加灵活性并减少成本，而多频匹配是多频微波器件的设计基础和核心，因此，设计和实现多频匹配电路具有深远意义。然而，目前只有双频匹配可由解析公式方法计算得到，而双频解析方法依赖于匹配结构，即先确定匹配结构，后进行计算，这种方法由于受匹配结构适用性、频率间隔、求解难度以及电路可实现性等方面的限制，往往需要针对同一结构进行多次计算，甚至针对多种结构进行多次计算，计算过程复杂、繁琐，目前三频或以上频率尚无可遵循的解析设计方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于Smith圆图的多频匹配系统，该系统计算精度高，简单易用，方便用户进行多频匹配和调谐。为实现上述目的，本专利技术的实施方式提出一种基于Smith圆图的多频匹配系统，包括：多频数据输入模块，用于同时并行输入多个起始阻抗值并设定Smith圆图归一化参考阻抗，其中，所述多个起始阻抗值对应的频率不相同；控制模块，用于为所述起始阻抗值提供以串联和/或并联方式相连的多个电路元件；计算模块，与所述多频数据输入模块和所述控制模块相连，用于计算所述多个起始阻抗值在通过所述电路元件后在Smith圆图中的实时位置和对应的实时反射系数；显示模块，与所述多频数据输入模块和所述计算模块相连，用于显示所述多频数据输入模块所输入的多个起始阻抗值对应的阻抗点在Smith圆图中的位置、所述计算模块所计算的多个起始阻抗值在并联/串联所述电路元件后在Smith圆图中的实时位置和对应的实时反射系数，当多个阻抗点同时到达圆点或满足预定的反射系数时，即完成了多频阻抗匹配。根据本专利技术的一个方面，多个起始阻抗值不同且所对应的频率不同。根据本专利技术的另一个方面，所述计算模块进一步用于,根据所述起始阻抗值通过下式计算输入第i个起始阻抗值所对应的反射系数,i＝1,2,3…，其中，Zi是输入的第i个起始阻抗值，Z0是所述Smith圆图归一化参考阻抗，Γi是输入第i个起始阻抗值时所对应的反射系数。根据本专利技术的又一方面，所述计算模块进一步用于,根据所述起始阻抗值通过下式计算第i个起始阻抗值所对应的实时反射系数,i＝1,2,3…，其中，Zi是第i个起始阻抗值所对应的第i个阻抗点的当前阻抗值，Z0是所述Smith圆图归一化参考阻抗，Γi是所述第i个起始阻抗值当前对应的反射系数。根据本专利技术的再一方面，，所述多个电路元件包括电阻、电容、电感和传输线；所述以串联和/或并联方式相连的多个电路元件包括：串联电阻、并联电阻、串联电容、并联电容、串联电感、并联电感、并联开路枝节、并联短路枝节、串联传输线；所述控制模块还包括：取消子模块。根据本专利技术的一个方面，所述控制面板模块根据用户每次选择的电路元件，组成多个电路结构的电路单元。根据本专利技术的另一个方面，所述显示模块进一步用于显示多个起始阻抗值在通过不同电路元件后输入阻抗值在Smith圆图的运动轨迹。根据本专利技术的再一个方面，所述显示模块进一步用于：(1)显示第i个起始阻抗值在通过串联电阻电路元件后第i个阻抗值所对应的第i个阻抗点沿着所在的等电抗圆向电阻增大的方向运动的运动轨迹，所述等电抗圆圆心是半径是i＝1,2,3…，其中，xi是第i个起始阻抗值所对应的Smith圆图归一化电抗，是所述归一化电抗的模值；(2)显示第i个起始阻抗值在通过并联电阻电路元件后第i个阻抗值所对应的第i个阻抗点沿着各自所在的等电纳圆向电导增大的方向运动的运动轨迹，所述等电纳圆圆心是半径是i＝1,2,3…，其中，bi是第i个起始阻抗值所对应的Smith圆图归一化电纳，是所述归一化电纳的模值；(3)显示第i个起始阻抗值在通过串联电容电路元件后第i个阻抗值所对应的第i个阻抗点沿着各自所在的等电阻圆逆时针运动的运动轨迹，所述等电阻圆圆心是半径是i＝1,2,3…，其中，ri是第i个起始阻抗值所对应的Smith圆图归一化电阻；(4)显示第i个起始阻抗值在通过并联电容电路元件后第i个阻抗值所对应的第i个阻抗点沿着各自所在的等电导圆顺时针运动的运动轨迹，所述等电导圆圆心是半径是i＝1,2,3…，其中，gi是第i个起始阻抗值所对应的Smith圆图归一化电导；(5)显示第i个起始阻抗值在通过串联电感电路元件后第i个阻抗值所对应的第i个阻抗点沿着所在的等电阻圆顺时针运动的运动轨迹，所述等电阻圆圆心是半径是i＝1,2,3…，其中，ri是第i个起始阻抗值所对应的Smith圆图归一化电阻；(6)显示第i个起始阻抗值在通过并联电感电路元件后第i个阻抗值所对应的第i个阻抗点沿着各自所在的等电导圆逆时针运动的运动轨迹，所述等电导圆圆心是半径是i＝1,2,3…，其中，gi是第i个起始阻抗值所对应的Smith圆图归一化电导；(7)显示第i个起始阻抗值在通过并联开路枝节电路元件后第i个阻抗值所对应的第i个阻抗点沿着各自所在的等电导圆顺时针运动的运动轨迹，所述等电导圆圆心是半径是i＝1,2,3…，其中，gi是第i个起始阻抗值所对应的Smith圆图归一化电导；(8)显示第i个起始阻抗值在通过并联短路枝节电路元件后第i个阻抗值所对应的第i个阻抗点沿着各自所在的等电导圆逆时针运动的运动轨迹，所述等电导圆圆心是半径是i＝1,2,3…，其中，gi是第i个起始阻抗值所对应的Smith圆图归一化电导；(9)显示第i个起始阻抗值在通过串联传输线电路元件后第i个阻抗值所对应的第i个阻抗点沿着各自所在圆顺时针运动的运动轨迹，所在圆圆心是半径是i＝1,2,3…，其中，Zib(i)是第i个起始阻抗值所对应的Smith圆图归一化阻抗，Γrb(i)、Γib(i)分别表示第i个阻抗点运动前反射系数的实部与虚部，Γra(i)、Γia(i)分别表示第i个阻抗点运动后反射系数的实部与虚部，|.|是变量的模值。根据本专利技术的又一个方面，所述计算模块还用于计算每个电路元件的阻抗值，所述显示模块还用于显示每个电路元件的电路图，以及显示每个电路元件的值。根据本专利技术的另一个方面，所述计算模块进一步用于：(1)当用户选择串联电阻时，用户在Value处输入串联电阻的阻抗值，根据下面公式计算出选择串联电阻后的归一化阻抗值Zia，Value＝Z0(Zia-Zib)其中，Value是串联电阻的阻抗值，单位是Ohm，Zib是选择串联电阻前第i个阻抗点对应的归一化阻抗值，Zia是选择串联电阻后第i个阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Smith圆图的多频匹配系统，所述系统包括：多频数据输入模块，用于并行输入多个起始阻抗值并设定Smith圆图归一化参考阻抗，其中，所述多个起始阻抗值对应的工作频率不相同；控制模块，用于为所述起始阻抗值提供以串联和/或并联方式相连的多个电路元件；计算模块，与所述多频数据输入模块和所述控制模块相连，用于计算所述多个起始阻抗值在通过所述电路元件后在Smith圆图中的实时位置和对应的实时反射系数；显示模块，与所述多频数据输入模块和所述计算模块相连，用于显示所述多频数据输入模块所输入的多个起始阻抗值对应的阻抗点在Smith圆图中的位置、所述计算模块所计算的多个起始阻抗值在并联/串联所述电路元件后在Smith圆图中的实时位置和对应的实时反射系数，当多个阻抗点同时到达圆点或满足预定的反射系数时，完成了多频阻抗匹配。

【技术特征摘要】
1.一种基于Smith圆图的多频匹配系统，所述系统包括：多频数据输入模块，用于并行输入多个起始阻抗值并设定Smith圆图归一化参考阻抗，其中，所述多个起始阻抗值对应的工作频率不相同；控制模块，用于为所述起始阻抗值提供以串联和/或并联方式相连的多个电路元件；计算模块，与所述多频数据输入模块和所述控制模块相连，用于计算所述多个起始阻抗值在通过所述电路元件后在Smith圆图中的实时位置和对应的实时反射系数；显示模块，与所述多频数据输入模块和所述计算模块相连，用于显示所述多频数据输入模块所输入的多个起始阻抗值对应的阻抗点在Smith圆图中的位置、所述计算模块所计算的多个起始阻抗值在并联/串联所述电路元件后在Smith圆图中的实时位置和对应的实时反射系数，当多个阻抗点同时到达圆点或满足预定的反射系数时，完成了多频阻抗匹配；所述显示模块进一步用于显示多个起始阻抗值在通过不同电路元件后输入阻抗值在Smith圆图的运动轨迹；所述显示模块进一步用于，显示第i个起始阻抗值在通过串联电阻电路元件后第i个阻抗值所对应的第i个阻抗点沿着所在的等电抗圆向电阻增大的方向运动的运动轨迹，所述等电抗圆圆心是半径是i＝1,2,3…，其中，xi是第i个起始阻抗值所对应的Smith圆图归一化电抗，是所述归一化电抗的模值。2.根据权利要求1所述的基于Smith圆图的多频匹配系统，其中，所述多个起始阻抗值不同且所对应的频率不同。3.根据权利要求1所述的基于Smith圆图的多频匹配系统，其中，所述计算模块进一步用于,根据所述起始阻抗值通过下式计算输入第i个起始阻抗值所对应的反射系数Γi，i＝1,2,3…，其中，Zi是输入的第i个起始阻抗值，Z0是所述Smith圆图归一化参考阻抗。4.根据权利要求1所述的基于Smith圆图的多频匹配系统，其中，所述计算模块进一步用于,根据所述起始阻抗值通过下式计算第i个起始阻抗值当前所对应的实时反射系数Γi,i＝1,2,3…，其中，Zi是第i个起始阻抗值所对应的第i个阻抗点的当前阻抗值，Z0是所述Smith圆图归一化参考阻抗。5.根据权利要求1所述的基于Smith圆图的多频匹配系统，其中，所述电路元件包括电阻、电容、电感和传输线；所述以串联和/或并联方式相连的多个电路元件包括：串联电阻、并联电阻、串联电容、并联电容、串联电感、并联电感、并联开路枝节、并联短路枝节、串联传输线；所述控制模块还包括取消子模块。6.根据权利要求5所述的基于Smith圆图的多频匹配系统，其中，所述控制模块根据用户每次选择的电路元件，组成多个电路结构的电路单元。7.根据权利要求6所述的基于Smith圆图的多频匹配系统，其中，所述显示模块进一步用于：(1)显示第i个起始阻抗值在通过并联电阻电路元件后第i个阻抗值所对应的第i个阻抗点沿着各自所在的等电纳圆向电导增大的方向运动的运动轨迹，所述等电纳圆圆心是半径是i＝1,2,3…，其中，bi是第i个起始阻抗值所对应的Smith圆图归一化电纳，是所述归一化电纳的模值；(2)显示第i个起始阻抗值在通过串联电容电路元件后第i个阻抗值所对应的第i个阻抗点沿着各自所在的等电阻圆逆时针运动的运动轨迹，所述等电阻圆圆心是半径是i＝1,2,3…，其中，ri是第i个起始阻抗值所对应的Smith圆图归一化电阻；(3)显示第i个起始阻抗值在通过并联电容电路元件后第i个阻抗值所对应的第i个阻抗点沿着各自所在的等电导圆顺时针运动的运动轨迹，所述等电导圆圆心是半径是i＝1,2,3…，其中，gi是第i个起始阻抗值所对应的Smith圆图归一化电导；(4)显示第i个起始阻抗值在通过串联电感电路元件后第i个阻抗值所对应的第i个阻抗点沿着所在的等电阻圆顺时针运动的运动轨迹，所述等电阻圆圆心是半径是i＝1,2,3…，其中，ri是第i个起始阻抗值所对应的Smith圆图归一化电阻；(5)显示第i个起始阻抗值在通过并联电感电路元件后第i个阻抗值所对应的第i个阻抗点沿着各自所在的等电导圆逆时针运动的运动轨迹，所述等电导圆圆心是半径是i＝1,2,3…，其中，gi是第i个起始阻抗值所对应的Smith圆图归一化电导；(6)显示第i个起始阻抗值在通过并联开路枝节电路元件后第i个阻抗值所对应的第i个阻抗点沿着各自所在的等电导圆顺时针运动的运动轨迹，所述等电导圆圆心是半径是i＝1,2,3…，其中，gi是第i个起始阻抗值所对应的Smith圆图归一化电导；(7)显示第i个起始阻抗值在通过并联短路枝节电路元件后第i个阻抗值所对应的第i个阻抗点沿着各自所在的等电导圆逆时针运动的运动轨迹，所述等电导圆圆心是半径是i＝1,2,3…，其中，gi是第i个起始阻抗值所对应的Smith圆图归一化电导；(8)显示第i个起始阻抗值在通过串联传输线电路元件后第i个阻抗值所对应的第i个阻抗点沿着各自所在圆顺时针运动的运动轨迹，所在圆圆心是半径是i＝1,2,3…，其中，Zib(i)是第i个起始阻抗值所对应的Smith圆图归一化阻抗，Γrb(i)、Γib(i)分别表示第i个阻抗点运动前反射系数的实部与虚部，Γra(i)、Γia(i)分别表示第i个阻抗点运动后反射系数的实部与虚部，|.|是变量的模值。8.根据权利要求6所述的基于Smith圆图的多频匹配系统，其中，所述计算模块还用于计算每个电路元件的阻抗值，所述显示模块还用于显示每个电路元件的电路图，以及显示每个电路元件的值。9.根据权利要求8所述的基于Smith圆图的多频匹配系统，其中，所述计算模块进一步用于：(1)当用户选择串联电阻时，用户在Value处输入串联电阻的...

【专利技术属性】
技术研发人员：于翠屏，范明爽，刘元安，杨乾坤，黎淑兰，苏明，王卫民，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11