3. Smith Chart and Impedance Matching
A. Construction and Applications of the Smith Chart
Smith Chart :
A graphical chart of normalized impedance (or admittance) in the ๎ plane for analyzing and designing both lossless and lossy transmission- line circuits (P.H. Smith, 1939)
1) Parametric equations for the chart construction For a lossless transmission line,
๎ ๎ ๎ญ๎๎๎ ๎๎ณ
๎๎๎ ๎๎ณ
๎ ๎๎ ๎๎ฉ๎ฎ๎ค๎ ๎ ๎๎ถ๎ ๎ฎ๎๎ญ๎ ๎ญ๎พ๎๎ ๎ด
๎พ๎๎ ๎ด
(8-88, 97) (8-99)
where the normalized impedance w.r.t. ๎๎ณ๎ ๎๎ณ๎๎๎ญ๎๎๎ is
๎พ๎โก ๎ญ๎๎ณ
๎๎
๎ ๎ญ๎๎ณ
๎๎
๎ ๎ฎ ๎ญ๎๎ณ
๎๎
๎ ๎ถ ๎ ๎ฎ ๎ผ (8-98)
Inverse relation of (8-99) with (8-97, 98) :
๎พ๎๎ ๎ญ๎ด ๎ ๎
๎ด ๎ ๎
๎ ๎ญ๎ด ๎ ๎๎ ๎๎ฉ๎ฎ๎ค๎
๎ด ๎ ๎๎ ๎ ๎ฉ๎ฎ๎ค๎
๎ ๎ญ๎๎ด ๎ ๎๎ถ๎ ๎ ๎ฎ๎๎ญ
๎๎ด ๎ ๎๎ถ๎ ๎ ๎ฎ๎๎ญ
๎ ๎ถ ๎ ๎ฎ ๎ผ (8-100)(8-101) (8-101)ร ๎ญ๎๎ด ๎ ๎๎ถ๎ ๎ ๎ฎ๎๎ญ
๎๎ด ๎ ๎๎ถ๎ ๎ ๎ฎ๎๎ญ :
๎ถ ๎ ๎ญ๎๎ด ๎ ๎๎ถ๎ ๎ต๎ ๎๎ญ๎ต
๎ด ๎ ๎๎ถ๎ต๎ ๎๎ญ๎ต
(8-102)
๎ผ ๎ ๎ญ๎๎ด ๎ ๎๎ถ๎ ๎ต๎ ๎๎ญ๎ต
๎ต ๎๎ญ
(8-103)
Rearrangements of (8-102, 103) yield the parametric equations of constant-r and constant-x circles in the ๎๎ถ๎ ๎๎ญ plane,
respectively
๎
๎๎ถ๎ ๎ญ๎ด ๎ ๎ถ๎ถ
๎
๎ต๎ ๎๎ญ๎ต๎๎
๎ญ๎ด ๎ ๎ถ๎ด
๎
๎ต (8-104): Eqn. of const.-r circle of a radius ๎ญ
๎ด ๎ ๎ถ
๎ด centered at
๎
๎ญ๎ด ๎ ๎ถ๎ถ ๎ ๎ฝ
๎
๎
๎๎ถ๎ ๎ด๎
๎ต๎๎
๎๎ญ๎ ๎ญ๎ผ๎ด
๎
๎ต๎๎
๎ญ๎ผ๎ด
๎
๎ต (8-105): Eqn. of const.-x circle of a radius ๎ญ
๎ผ
๎ด centered at
๎
๎ด๎ ๎ญ๎ผ๎ด
๎
๎ ๎๎๎๎๎ ๎ป ๎ ๎น
๎ ๎๎๎๎๎ ๎ป ๎ ๎บ
๎๎๎ ๎ ๎ ๎ ๎ถ ๎ ๎ต
2) Construction of the Smith Chart
a) Smith Chart with ๎๎ถ๎ ๎๎ญ rectangular coordinates
b) Smith Chart with ๎๎ ๎ ๎ ๎ค๎ polar coordinates
๎ ๎ ๎๎ ๎ ๎ฉ๎ฎ๎ค๎๎ ๎๎ด๎๎ถ๎ โ ๎ต๎ป๎ณ
๎พ๎๎ ๎ถ ๎ ๎ฎ๎ผ ๎ ๎ด๎๎บ ๎ ๎ฎ๎ฝ๎๎น
๎พ๎๎ ๎ถ ๎ ๎ฎ๎ผ ๎ ๎ด๎๎บ ๎ ๎ฎ๎ฝ๎๎น
๎ต๎ป๎ณ
๎๎ ๎๎ค๎
๎ถ๎ฉ๎ฅ๎ง๎ธ๎ฅ๎ฒ๎ง๎ฉ๎
๎๎ญ๎ฒ๎จ๎น๎ง๎ธ๎ญ๎บ๎ฉ
๎๎๎ ๎ฝ
๎ถ๎ฉ๎ฅ๎ง๎ธ๎ฅ๎ฒ๎ง๎ฉ๎
๎๎ง๎ฅ๎ด๎ฅ๎ง๎ญ๎ธ๎ญ๎บ๎ฉ
๎๎๎ ๎ฝ
๎๎๎๎๎ณ ๎๎๎๎๎ณ
๎๎ ๎ โค ๎ด
๎๎ด ๎๎ฎ๎ฝ๎
๎๎ ๎ด ๎ ๎ฎ๎ฝ๎
๎๎ฝ ๎๎ฎ๎ฝ๎
๎๎ฑ๎ฅ๎ธ๎ง๎ฌ
โข
๎๎ฐ๎ฆ ๎๎ฑ๎
๎๎ฐ๎ฆ ๎ข๎ง๎
๎ ๎๎๎๎๎ ๎ป ๎ ๎ป
c) Commercially available Smith Chart
(e.g.)
๎พ๎๎ ๎ถ๎๎ฎ๎ผ
๎ ๎ด๎๎บ ๎๎ฎ๎ฝ๎๎น
๎พโฒ๎ญ๎ฒ ๎ง
๎พ ๎ญ๎ฒ ๎ง
๎ค๎ ๎ญ๎ฒ ๎๎๎ ๎ถ๎ฉ๎ฉ๎๎ณ๎
๎พ๎๎ ๎ถ๎ ๎ฎ๎ผ
๎๎ฑ๎ฅ๎ธ๎ง๎ฌ๎ฉ๎จ ๎ฐ๎ญ ๎ฒ๎ฉ ๎
๎๎ณ๎๎ง๎๎
๎๎ท๎๎ง๎๎
๎๎ฑ๎ฅ๎ธ๎ง๎ฌ๎ฉ๎จ ๎ฐ๎ญ๎ฒ๎ฉ๎ ๎๎ณ๎๎ง๎๎
๎๎ท๎๎ง๎๎
๎๎ญ๎ฒ๎จ๎น๎ง๎ธ๎ญ๎บ๎ฉ๎
๎๎ง๎ฅ๎ด๎ฅ๎ง๎ญ๎ธ๎ญ๎บ๎ฉ๎
๎๎ญ๎ฒ๎จ๎น๎ง๎ธ๎ญ๎บ๎ฉ๎
๎๎ง๎ฅ๎ด๎ฅ๎ง๎ญ๎ธ๎ญ๎บ๎ฉ๎
๎๎ถ๎ฉ๎ท๎ญ๎ท๎ธ๎ญ๎บ๎ฉ๎
๎๎ถ๎ฉ๎ท๎ญ๎ท๎ธ๎ญ๎บ๎ฉ๎
๎๎ถ๎ฉ๎ท๎ญ๎ท๎ธ๎ญ๎บ๎ฉ๎
๎๎ถ๎ฉ๎ท๎ญ๎ท๎ธ๎ญ๎บ๎ฉ๎
๎๎ถ๎ฉ๎ท๎ญ๎ท๎ธ๎ญ๎บ๎ฉ ๎๎ญ๎ฒ๎จ๎น๎ง๎ธ๎ญ๎บ๎ฉ๎
๎๎ถ๎ฉ๎ท๎ญ๎ท๎ธ๎ญ๎บ๎ฉ ๎๎ญ๎ฒ๎จ๎น๎ง๎ธ๎ญ๎บ๎ฉ๎
๎๎ถ๎ฉ๎ท๎ญ๎ท๎ธ๎ญ๎บ๎ฉ ๎ ๎ง๎ฅ๎ด๎ฅ๎ง๎ญ๎ธ๎ญ๎บ๎ฉ๎
๎๎ถ๎ฉ๎ท๎ญ๎ท๎ธ๎ญ๎บ๎ฉ ๎ ๎ง๎ฅ๎ด๎ฅ๎ง๎ญ๎ธ๎ญ๎บ๎ฉ๎
3) Applications of the Smith Chart
a) SWR(S) and locations(๎ฐ๎ฆ๎ข๎ง & ๎ฐ๎ฆ๎๎ฑ ) of Vmin and Vmax on Smith Chart Along the real ๎ axis (๎ผ ๎ ๎ฝ, ๎๎๎ ๎ฝ), ๎พ๎๎ ๎ถ(๎๎๎๎๎) in (8-99) :
๎ ๎ ๎ญ๎๎๎ ๎๎ณ
๎๎๎ ๎๎ณ
๎ ๎ญ
๎ถ๎ ๎ด
๎ถ๎ ๎ด ๎ ๎ญ๎๎ ๎ด
๎๎ ๎ด
(8-106)
โ ๎๎ ๎ถ ๎ ๎๎๎๎๎ณ ๎๎จ๎ซ ๎๎๎ ๎๎ณ
โ ๎ is numerically equal to the value of ๎ถ at ๎๎
[SWR circle (constant-๎๎ ๎ circle) intersects the real ๎ axis at ๎๎] The points ๎๎ฑ ๎๎ง๎ ๎๎ also represent the first distances,
๎ฐ๎ฆ๎ข๎ง ๎๎ง๎ ๎ฐ๎ฆ๎๎ฑ, from the load for ๎๎ฆ๎ข๎ง ๎๎ง๎ ๎๎ฆ๎๎ฑ , respectively.
(7) and (8) on p.13 :
1st min. position: ๎ฐ๎ฆ๎ข๎ง๎
๎
๎ญ๎ฌ๎ค๎
๎ ๎ด
๎
๎ญ๎ท๎ง (7)
1st max. position: ๎ฐ๎ฆ๎๎ฑ๎ ๎ญ๎ท๎ฌ
๎ค๎๎ง
(for ๎ค๎๎ ๎ฝ) or ๎ญ๎ท๎ฌ
๎ค๎๎ง
๎ ๎ญ๎ต
๎ง(for ๎ค๎๎ ๎ฝ) (8)
(e.g.)
๎๎ป ๎ ๎ผ๎ด๎
๎ฐ๎ฆ๎ข๎ง
๎ฐ๎ฆ๎ข๎ง
๎ฐ๎ฆ๎ข๎ง
๎ฐ๎ฆ๎ข๎ง
๎ด ๎๎ฎ๎ฝ
๎ฝ ๎ ๎ฎ๎ฝ โ
๎ต ๎๎ฎ๎ฝ
๎ฝ๎๎ธ ๎ ๎ฎ๎ฝ
๎ฝ ๎ ๎ฎ๎ด
๎ฝ ๎ ๎ฎ๎ด
๎ฝ๎๎ป ๎ ๎ฎ๎ฝ๎๎น
๎ฝ๎๎ป ๎ ๎ฎ๎ฝ๎๎น
b) Normalized input impedance on Smith Chart
(8-77) โ ๎๎ญ๎๎พโฒ๎ ๎ ๎๎ณ๎ญ
๎ด ๎ ๎ ๎ฉ๎ ๎ฎ๎ต๎๎พโฒ
๎ด ๎ ๎ ๎ฉ๎ ๎ฎ๎ต๎๎พโฒ
(8-107)
Normalized input impedance:
๎พ๎ญ๎๎พโฒ๎ โก ๎ญ๎๎ณ
๎๎ญ
๎ ๎ญ๎ด ๎ ๎ ๎ฉ๎ ๎ฎ๎ต๎๎พโฒ
๎ด ๎ ๎ ๎ฉ๎ ๎ฎ๎ต๎๎พโฒ
๎ ๎ญ๎ด ๎ ๎๎ ๎ ๎ฉ๎ฎ๎ฑโฒ
๎ด ๎ ๎๎ ๎ ๎ฉ๎ฎ๎ฑ
(8-108)
where ๎ฑ ๎ ๎ค๎๎ ๎ต๎ ๎พโฒ (8-109)
(cf) (8-108) for ๎พโฒ๎ ๎ฝ becomes ๎พ๎๎ ๎ญ
๎ด ๎ ๎๎ ๎๎ฉ๎ฎ๎ค๎
๎ด ๎๎๎ ๎ ๎ฉ๎ฎ๎ค๎
(8-100)
Similarity in form of (8-108) and (8-100)
โ ๎พ๎ can be transformed into ๎พ๎ญ if ๎ is transformed maintaining
๎๎๎ constant and decreasing the phase ๎ค๎ by ๎ต๎๎พโฒ๎ ๎ท๎ฌ๎๎พโฒ๎๎ง๎ .
โ Wavelength Toward Generator (WTG) in cw direction ๎๎พโฒโ๎
= Outermost scale in units of ๎ง around the perimeter Wavelength Toward Load (WTL)in ccw direction ๎๎พโฒโ๎
= Inner scale in units of ๎ง around the perimeter Note) โ๎พโฒ๎ ๎ง๎๎ต ๎ญ๎ฒ ๎ฑ โ ๎ต๎โ๎พโฒ๎ ๎ท๎ฌ๎๎ง๎๎ต๎๎ง๎ ๎ ๎ต๎ฌ
: one complete rotation around the chart
(e.g. 8-7)
Given s.c. (๎พ๎๎ ๎ฝ), lossless ๎๎ณ๎ ๎ธ๎ฝ ( ),โฆ ๎พโฒ๎ ๎ฐ ๎ ๎ฝ๎๎ด ๎ง. Find ๎๎ญ๎ ๎ using the Smith Chart.
(cf) Analytical solution:
From (8-82), ๎๎ญ๎ท๎ง๎ ๎ฎ๎๎ณ๎ญ๎๎ง๎๎ฐ ๎ ๎ฎ๎๎ณ๎ญ๎๎ง๎๎ต๎ฌ๎ฐ๎๎ง๎
๎ ๎ฎ๎ธ๎ฝ๎ญ๎๎ง
๎
๎ญ๎ง๎ต๎ฌ ร ๎ฝ๎๎ด๎ง
๎
๎ ๎ฎ๎ธ๎ฝ ๎ญ๎๎ง๎ถ๎น๎ณ๎ ๎ฎ๎ถ๎น๎๎ถ( )โฆ Graphical solution by using Smith Chart:Start at
โ ๎๎ท๎ง๎๎ถ ๎ ๎ฝ๎ ๎ผ ๎ ๎ฝ๎
โ โก Move along WTG by 0.1 to ๎๎ด
โ โข At ๎๎ด, read ๎ถ ๎ ๎ฝ๎ ๎ผ โ ๎ฝ๎๎บ๎ต๎ธ
โ โด ๎พ๎ญ๎ ๎ถ ๎ ๎ฎ๎ผ ๎ ๎ฝ ๎ ๎ฎ๎ฝ๎๎บ๎ต๎ธ
โ ๎๎ญ๎ ๎๎ณ๎พ๎ญ๎ ๎ธ๎ฝ๎๎ฎ๎ฝ๎๎บ๎ต๎ธ๎ ๎ ๎ฎ๎ถ๎น๎๎ถ ( )โฆ
(e.g. 8-8)
Given lossless ๎๎ณ๎ ๎๎ณ๎ ๎ด๎ฝ๎ฝ( ),โฆ ๎พโฒ๎ ๎ฐ ๎ ๎ฝ๎๎ท๎ถ๎ท ๎ง, ๎๎๎ ๎ต๎น๎ฝ ๎๎ฎ๎ด๎ป๎ฝ( ).โฆ Find (a) ๎, (b) ๎, (c) ๎๎ญ, (d) ๎ฐ๎ฆ๎๎ฑ using the Smith Chart.
(cf) Analytical solutions:
(a) (8-88) โ ๎ ๎ ๎ญ
๎๎๎๎๎ณ
๎๎๎๎๎ณ
๎ ๎๎ ๎ ๎ฉ๎ฎ๎ค๎
โ ๎ ๎ ๎ญ๎๎ต๎น๎ฝ ๎ ๎ฎ๎ด๎ป๎ฝ๎ ๎ ๎ด๎ฝ๎ฝ
๎๎ต๎น๎ฝ ๎ ๎ฎ๎ด๎ป๎ฝ๎ ๎ ๎ด๎ฝ๎ฝ
๎ ๎ญ๎ถ๎น ๎ ๎ฎ๎ด๎ป
๎ด๎น ๎ ๎ฎ๎ด๎ป
๎ ๎ญ๎ถ๎น๎ต๎ ๎ด๎ป๎ต
๎๎ด๎น ๎ ๎ฎ๎ด๎ป๎ ๎๎ถ๎น ๎ ๎ฎ๎ด๎ป๎
๎ ๎ญ๎ด๎น๎ต๎ฝ
๎ผ๎ฝ๎ฝ ๎ ๎ฎ๎ถ๎น๎ฝ
๎ ๎ฝ๎๎ธ๎ธ๎ธ๎น ๎ ๎ฎ๎ฝ๎๎ต๎ต๎ต๎ต โ ๎ฝ๎๎นโ ๎ต๎ด๎๎น๎ณ
(b) (8-90) โ ๎๎ ๎ญ
๎ด ๎ ๎๎๎
๎ด ๎ ๎๎๎
๎ ๎ญ๎ด ๎ ๎ฝ๎๎น
๎ด ๎ ๎ฝ๎๎น
๎ ๎ท (c) (8-79) โ ๎๎ญ๎ ๎๎ณ๎ญ๎๎ณ๎ ๎ฎ๎๎๎ญ๎๎ง๎๎ฐ
๎๎๎ ๎ฎ๎๎ณ๎ญ๎๎ง๎๎ฐ
๎ ๎ด๎ฝ๎ฝ
๎ด๎ฝ๎ฝ ๎ ๎ฎ๎๎ต๎น๎ฝ ๎ ๎ฎ๎ด๎ป๎ฝ๎ ๎ญ๎๎ง ๎๎ต๎ฌ ร ๎ฝ๎๎ท๎ถ๎ท๎ง ๎ ๎ง๎
๎๎ต๎น๎ฝ ๎ ๎ฎ๎ด๎ป๎ฝ๎ ๎ ๎ฎ๎ด๎ฝ๎ฝ ๎ญ๎๎ง ๎๎ต๎ฌ ร ๎ฝ๎๎ท๎ถ๎ท๎ง ๎ ๎ง๎
๎ ๎ด๎ฝ๎ฝ
๎๎ด๎ฝ๎ฝ ๎ ๎ด๎ป๎ฝ๎ญ๎๎ง ๎๎ฝ๎๎ป๎น๎ป๎ฌ๎ ๎ ๎ ๎ฎ๎ต๎น๎ฝ๎ญ๎๎ง ๎๎ฝ๎๎ป๎น๎ป๎ฌ๎
๎ต๎น๎ฝ ๎ ๎ฎ๎๎ด๎ป๎ฝ ๎ ๎ด๎ฝ๎ฝ ๎ญ๎๎ง ๎๎ฝ๎๎ป๎น๎ท๎ฌ๎ ๎
๎ ๎น๎ผ ๎ ๎ฎ๎ด๎ต๎ฝ( )โฆ
(d) (8) on p.13 โ ๎ฐ๎ฆ๎๎ฑ๎ ๎ญ๎ท๎ฌ
๎ค๎๎ง
๎ ๎ญ๎ท ร๎ด๎ป๎ฝ๎ณ
๎ต๎ด๎๎น๎ณ๎ง
๎ ๎ฝ๎๎ฝ๎ถ ๎ง
๎๎ฝ๎๎น๎ผ ๎ ๎ฎ๎ด๎๎ต๎
๎พโฒ๎๎ง ๎ ๎ฝ๎๎ท๎ถ๎ท
๎ ๎ ๎ถ ๎ ๎ท
๎๎ ๎ ๎ ๎ฝ๎๎น
๎ค๎๎ ๎ต๎ด๎๎น๎ณ
๎๎ต๎๎น ๎ ๎ฎ๎ด๎๎ป๎
๎๎ถ ๎ ๎ฝ๎ ๎ผ ๎ ๎ฝ๎
๎ถ ๎ ๎ฝ๎ ๎ผ โ ๎ฝ๎๎บ๎ต๎ธ
โก
โ
โข
๎๎ฉ๎๎ซ๎๎ป ๎ ๎บ๎
๎ฝ๎๎ด๎ง โข
โ
๎๎ฉ๎๎ซ๎๎ป ๎ ๎ป๎
โก
โฃ
โค
โฅ
โฆ
๎ฐ๎ฆ ๎๎ฑ
๎ฝ๎๎ต๎ต
๎ฝ๎๎ต๎ธ
Graphical solution by using Smith Chart:
(a) โ Start at ๎๎ต๎๎พ๎๎๎๎๎๎๎ณ๎ ๎ต๎๎น ๎ ๎ฎ๎ด๎๎ป๎
โ โก Draw a circle of radius ๎ญ๎๎๎ต : ๎ญ
๎ญ๎๎๎ตโฒ
๎ญ๎๎๎ต
๎ ๎๎ ๎ ๎ ๎ฝ๎๎น
โ โข At ๎๎ตโฒ, read ๎ค๎๎ ๎ต๎ด๎๎น๎ณ
(or ๎พโฒ๎๎ง ๎ ๎ฝ๎๎ต๎ต๎ฝ โ ๎๎ฝ๎๎ต๎ธ ๎ ๎ฝ๎๎ต๎ต๎ ร๎ท๎ฌ ๎ ๎ฝ๎๎ด๎ต๎ฌ ๎ ๎ต๎ด๎๎น๎ณ )
โ โด ๎ ๎ ๎๎ ๎ ๎ฉ๎ฎ๎ค๎๎ ๎ฝ๎๎นโ ๎ต๎ด๎๎น๎ณ
(b) โฃ Read ๎ถ at ๎๎ where the ๎๎ ๎ ๎ ๎ฝ๎๎น circle intersects with the positive-real axis
โ โด ๎๎ ๎ถ ๎ ๎ท
(c) โค Move ๎๎ต ๎จ๎ซ ๎๎ตโฒ along WTG by ๎พโฒ๎๎ง ๎ ๎ฝ๎๎ท๎ถ๎ท up to ๎๎ถ ๎จ๎ซ ๎๎ถโฒ
โ โฅ At ๎๎ถ, read ๎ถ ๎ ๎ฝ๎๎น๎ผ๎ ๎ผ ๎ ๎ด๎๎ต
โ ๎๎ญ๎ ๎๎ณ๎พ๎ญ๎ ๎ด๎ฝ๎ฝ๎๎ฝ๎๎น๎ผ ๎ ๎ฎ๎ด๎๎ต๎ ๎ ๎น๎ผ ๎ ๎ฎ๎ด๎ต๎ฝ ( )โฆ
(d) โฆ At ๎๎ where the voltage is a maximum,
distance from the load: ๎ฐ๎ฆ๎๎ฑ ๎ ๎๎ฝ๎๎ต๎ธ ๎ ๎ฝ๎๎ต๎ต๎ ๎ง ๎ ๎ฝ๎๎ฝ๎ถ๎ง
c) Normalized admittance on Smith Chart Admittance corresponding to Z :
๎ ๎ ๎ญ
๎
๎ด ๎ ๎ญ๎๎ ๎ฎ๎
๎ด ๎ ๎ญ๎๎ต๎๎๎ต
๎๎ ๎ฎ๎
๎๎๎ ๎ฎ๎ (S) (16)
where ๎๎๎๎๎๎๎ต๎๎๎ต๎ (S) : conductance (17)
๎๎ ๎๎๎๎๎๎ต๎๎๎ต๎ (S) : susceptance (18)
Normalized load admittance:
๎ฝ๎โก ๎ญ๎๎ณ
๎๎
๎ ๎ญ๎พ๎
๎ด ๎ ๎ญ๎๎
๎๎ณ
๎ ๎๎ณ๎๎๎ ๎ซ ๎ ๎ฎ๎ฆ (8-112, 113) (8-100) ๎พ๎๎ ๎ญ๎ด ๎ ๎
๎ด ๎ ๎ in (8-112) : ๎ฝ๎๎ ๎ญ๎พ๎
๎ด ๎ ๎ญ๎ด ๎ ๎
๎ด ๎ ๎
(19)
Normalized input impedance of a quarter-wave lossless line:
(8-78) ๎๎ญ๎ ๎๎ณ๎ญ๎ด ๎ ๎ ๎ฉ๎ ๎ต๎ ๎ฐ
๎ด ๎ ๎ ๎ฉ๎ ๎ต๎ ๎ฐ
โ ๎พ๎ญ๎๎ฐ ๎ ๎ง๎๎ท๎ ๎ ๎ญ๎ด ๎ ๎ ๎ฉ๎ ๎ฎ๎ต๎ ๎ฐ
๎ด ๎ ๎ ๎ฉ๎ ๎ฎ๎ต๎๎ฐ
๎ ๎ญ๎ด ๎ ๎ ๎ฉ๎ ๎ฎ๎ฌ
๎ด ๎ ๎ ๎ฉ๎ ๎ฎ๎ฌ
๎ ๎ญ๎ด ๎ ๎
๎ด ๎ ๎
๎ ๎ฝ๎ (20)
Note) (8-111) ๎๎ญ๎ ๎ญ๎๎
๎๎ณ๎ต
โ ๎ญ๎๎ณ
๎๎ญ
๎ ๎ญ๎๎
๎๎ณ
โ ๎พ๎ญ๎ ๎ฝ๎ (20)
๎๎ด๎ผ๎
๎ ๎๎๎๎๎ ๎ป ๎ ๎ด๎ฝ
Therefore, ๎พ๎ can be transformed into ๎ฝ๎ by rotating ๎ง๎๎ท ๎๎ด๎ป๎ฝ๎ณ๎ on the Smith Chart.
โ ๎พ๎๎๎ง๎ ๎ฝ๎ are diametrically opposite to each other on the ๎๎ ๎-circle
(๎ถ โ ๎ซ๎ ๎ผ โ ๎ฆ๎ ๎ณ๎๎ง๎ โ ๎ท๎๎ง๎ โ ๎ฅ๎จ๎ฑ๎ญ๎ธ๎ธ๎ฅ๎ฒ๎ง๎ฉ ๎ง๎ฌ๎ฅ๎ถ๎ธ )
(e.g. 8-9)
Given ๎ ๎ ๎ผ๎ธ ๎ ๎ฎ๎ต๎ฝ ( ), findโฆ ๎.
Assume ๎๎ณ ๎ ๎๎ณ๎ ๎ธ๎ฝ ( ),โฆ then ๎พ ๎ ๎๎ผ๎ธ ๎๎ฎ๎ต๎ฝ๎ ๎ ๎ธ๎ฝ ๎ ๎ด๎๎ผ ๎ ๎ฎ๎ฝ๎๎ท
โ ๎ ๎ ๎ฝ ๎ ๎๎ณ
๎ ๎๎ฝ๎๎ธ ๎ ๎ฎ๎ฝ๎๎ด๎ ๎๎ธ๎ฝ
๎ ๎ฝ๎๎ฝ๎ด ๎ ๎ฎ๎ฝ๎๎ฝ๎ฝ๎ต (S)
(e.g. 8-10)
Given lossless o.c. ๎๎ณ๎ ๎๎ณ๎ ๎ถ๎ฝ๎ฝ ( ),โฆ ๎พโฒ๎ ๎ฐ ๎ ๎ฝ๎๎ฝ๎ท๎ง, find ๎๎ญ .
๎๎ญ๎ ๎ฝ๎ญ๎ ๎๎ณ
๎ ๎๎ฝ ๎ ๎ฎ ๎ฝ๎๎ต๎น๎ ๎ ๎ถ๎ฝ๎ฝ
โ ๎ฎ ๎ฝ๎๎ฝ๎ฝ๎ฝ๎ป๎บ (S)
๎ ๎ฎ ๎ฝ๎๎ป๎บ (mS)
๎๎ ๎๎ ๎ง๎ญ๎ถ๎ง๎ฐ๎ฉ
๎พ ๎ ๎๎ถ๎ ๎ผ๎ ๎ ๎๎ด๎๎ผ๎ ๎ฝ๎๎ท๎
๎ฝ ๎ ๎๎ซ๎ ๎ฆ๎ ๎ ๎๎ฝ๎๎ธ๎ ๎ ๎ฝ๎๎ด๎
๎ฝ๎๎ฝ๎ท
๎๎ ๎ ๎ ๎ง๎ญ๎ถ๎ง๎ฐ๎ฉ
๎ฝ๎ญ๎ ๎๎ซ๎ญ๎๎ฆ๎ญ๎ ๎ ๎๎ฝ๎ ๎ฝ๎๎ต๎น๎
๎ฝ๎๎ฝ๎ท
๎๎ณ๎ง
๎๎ท๎ง
๎ ๎ซ
๎ ๎ฆ
B. Transmission-Line Impedance Matching
1) Impedance-Matching Network๎๎๎ ๎๎ณ โ Matched line
(No reflection, no distortion, no power loss at the load) In general, ๎๎ โ ๎๎ณ
โ needs an impedance-matching network having ๎๎ญ๎ ๎๎ณ [No reflection at the line terminal BB', usually consists of
inductors(L) and capacitors(C) to avoid ohmic losses]
For a lossless line (๎๎ณ ๎๎๎ณ๎ ๎ฎ๎ฝ), ๎๎ ๎๎๎๎ ๎ฎ๎๎ ๎๎๎ณfor matching i.e., ๎๎ ๎ ๎ฝ for matching.
2) Single-stub method for impedance matching
= short circuit (or open circuit) connected at a lossless transmission line in parallel with another line connecting the load.
Wish to determine the location ๎จ and the length ๎ฐ for impedance- (or admittance) matching such that
๎๎ญ๎ ๎๎ณ๎ ๎๎๎ ๎๎ท (8-114) โ ๎ด ๎ ๎ฝ๎๎ ๎ฝ๎ท (8-115)
where ๎ฝ๎๎ ๎ด ๎ ๎ฎ ๎ฆ๎ (find ๎จ) and ๎ฝ๎ท๎ ๎ ๎ฎ ๎ฆ๎ (find ๎ฐ) (8-116, 117)
๎ ๎๎๎๎๎ ๎ป ๎ ๎ด๎ต
๎ ๎ฉ๎ฉ๎จ๎ฐ๎ญ๎ฒ๎ฉ ๎
๎โฒ
๎๎ฉ๎ธ๎ป๎ณ๎ถ๎ฏ
๎๎ฅ๎ธ๎ง๎ฌ๎ญ๎ฒ๎ซ
๎ ๎ฉ๎ฉ๎จ๎ฐ๎ญ๎ฒ๎ฉ
๎ท๎๎ง๎ ๎ท๎ธ๎น๎ฆ
โ
๎๎ณ ๎๎ ๎ด๎๎๎ณ
๎ฐ๎ณ๎ฅ๎จ ๎ท๎ฉ๎ง๎ธ๎ญ๎ณ๎ฒ
Procedure for single-stub impedance-matching:
Start at
โ ๎พ๎ โ ๎ฝ๎
โ โก Find intersections of the ๎๎๎-circle and the ๎ซ ๎ ๎ด circle.
๎ฝ๎๎ด๎ ๎ด ๎ ๎ฎ ๎ฆ๎๎ด and ๎ฝ๎๎ต๎ ๎ด ๎ ๎ฎ ๎ฆ๎๎ต
โ โข Determine ๎จ๎ด๎ ๎จ๎ต from the angles between ๎ฝ๎ and ๎ฝ๎๎ด๎ ๎ฝ๎๎ต
โ โฃ Determine ๎ฐ๎ด๎ ๎ฐ๎ต from the angles between ๎๎ท๎ง(extreme right) and ๎ฝ๎ท๎ด๎ ๎ ๎ฎ ๎ฆ๎๎ด๎ ๎ฝ๎ท๎ต๎ ๎ ๎ฎ ๎ฆ๎๎ต
(e.g. 8-11)
Given lossless ๎๎ณ๎ ๎๎ณ๎ ๎ธ๎ฝ( ),โฆ ๎๎๎ ๎ถ๎ธ ๎ ๎ฎ๎ท๎บ๎๎ธ( ), findโฆ ๎จ ๎๎ง๎ ๎ฐ.
โ ๎พ๎๎๎๎๎๎๎ณ๎ ๎ฝ๎๎บ๎ฝ ๎ ๎ฎ๎ฝ๎๎ผ๎ธ
โก ๎ฝ๎๎ด๎ ๎๎ด๎ ๎ด๎๎ต๎ , ๎ฝ๎๎ต๎ ๎๎ด๎ ๎ ๎ด๎๎ต๎
โข ๎จ๎ด๎ ๎๎ฝ๎๎ด๎น๎ป ๎ ๎ฝ๎๎ด๎ฝ๎ผ๎ ๎ง ๎ ๎ฝ๎๎ฝ๎ธ๎ผ๎ง and ๎จ๎ต๎ ๎๎ฝ๎๎ถ๎ถ๎ต ๎ ๎ฝ๎๎ด๎ฝ๎ผ๎ ๎ง ๎ ๎ฝ๎๎ต๎ต๎ถ๎ง
โฃ ๎ฐ๎ด๎ ๎๎ฝ๎๎ถ๎น๎ด ๎ ๎ฝ๎๎ต๎ธ๎ฝ๎ ๎ง ๎ ๎ฝ๎๎ด๎ด๎ด๎ง and ๎ฐ๎ต๎ ๎๎ฝ๎๎ด๎ถ๎ผ ๎ ๎ฝ๎๎ต๎ธ๎ฝ๎ ๎ง ๎ ๎ฝ๎๎ถ๎ป๎ผ๎ง
Homework Set 5
1) P.8-18 2) P.8-20 3) P.8-21 4) P.8-24 5) P.8-27๎พ๎๎ ๎๎ฝ๎๎บ๎ฝ๎ ๎ฝ๎๎ผ๎ธ๎
๎ฝ๎๎ ๎๎ฝ๎๎ธ๎ฝ๎ ๎ฝ๎๎บ๎ฝ๎
๎ฝ๎๎ด๎ฝ๎ผ
๎ฝ๎๎ด๎ ๎๎ด๎ ๎ด๎๎ต๎
๎ฝ๎๎ต๎ ๎๎ด๎ ๎ ๎ด๎๎ต๎
๎ฝ๎๎ด๎น๎ป
๎ฝ๎๎ถ๎ถ๎ต
๎ฝ๎๎ต๎ธ๎ฝ
๎ฝ๎๎ถ๎น๎ด
๎ฝ๎๎ด๎ถ๎ผ
โ
๎๎ ๎๎ ๎ง๎ญ๎ถ๎ง๎ฐ๎ฉ
โก
โก
โข๎จ
๎ด
โข๎จ
๎ต
โฃ๎ฐ
๎ด
โฃ๎ฐ
๎ต
๎ ๎๎๎๎๎ ๎ป ๎ ๎ด๎ถ
โ