1. Wykres Smith’a

1.8. Transformacja impedancji linią o różnej impedancji

Na rys.2.9 pokazano wykres Smith’a z ilustracją operacji transformacji impedancji wzdłuż jednorodnej prowadnicy falowej, której impedancja charakterystyczna Z0t jest różna do Z0. Na końcu linii umieszczona jest impedancja ZL=RL, gdyż dla uproszczenia przyjmiemy, że jest czysto rzeczywista. Obliczymy odpowiadający tej impedancji współczynnik odbicia \(\Gamma\)L w stosunku do impedancji charakterystycznej Z0, gdyż linią odniesienia jest właśnie linia o tej Z0:

  

\(\Gamma _\mathrm{L}=\mathrm{\frac{R_L-Z_0}{R_L+Z_0}};\)

(2-9)  

Wykorzystamy równanie (1-66) z poprzedniego modułu aby obliczyć impedancję Z(\(\theta \)) w odległość elektrycznej \(\theta =\beta l\) od impedancji RL:

  

\(\mathrm{Z(\theta) =Z_{0t}\frac{R_L+jZ_{0t}tg\theta}{Z_{0t}+jR_{L}tg\theta}};\)

(2-10)  

Współczynnik odbicia \(\Gamma (\theta )\)jest funkcją odległości elektrycznej \(\theta =\beta l\)

  

\(\Gamma (\theta )=\mathrm{\frac{Z(\theta )-Z_0}{Z(\theta )+Z_0}};\)

(2-11)  

Wartości \(\Gamma (\theta )\) leżą na okręgu, którego rozmiary i położenie zależą od stosunku n wartości impedancji charakterystycznych, co pokazuje rys.2.9:

  

\(n=\mathrm{\frac{Z_{0t}}{Z_0}};\)

(2-12)  

Środek każdego z okręgów leży na głównej średnicy wykresu Smitha, natomiast jego rozmiary zależą od wartości n. Po oddaleniu się o ćwierć fali (l\(l=\lambda /4\)) od końca linii współczynnik odbicia staje się rzeczywisty, a jego wartość obliczamy z zależności (2-13).


Rys.2.9. Ilustracja operacji transformacji impedancji na wykresie Smitha przy zmianie impedancji charakterystycznej odcinka transformującego.  

  

\(\Gamma (\theta =\pi /2)=-\frac{{\mathrm R_L} -n^{2}\mathrm{Z_0}}{{\mathrm R_L} +n^{2}\mathrm{Z_0}} ;\)

(2-13)  

Jeśli przyjmiemy wartość n=1, to w trakcie transformacji poruszamy się po okręgu \(\left | \Gamma \right |\)=const. – przypadek a. Gdy przyjmiemy n<1, to początkowo wartość \(\left | \Gamma \right |\)rośnie – przypadki b i c. Można dobrać wartość n zgodnie z zależnością (2-14), 

  

\(n=\sqrt{\mathrm{\frac{R_L}{Z_0}}};\)

(2-14)  

aby po odsunięciu się o ćwierć fali  uzyskać dopasowanie \(\left | \Gamma \right |\)=0,
Gdy wartość n jest większa od wyrażonej wzorem (2-14), to średnica okręgu jest na tyle mała, że okrąg nie obejmuje punktu 0 – przypadek d na rys.2.9.