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史密斯圆图计算|反射系数、驻波比与归一化阻抗

输入参考阻抗Z0、复数负载ZL和频率,计算归一化阻抗、反射系数、驻波比VSWR及自由空间波长,并在史密斯圆图上观察负载点。

参数设置
基准阻抗 Z_0
Ω
负载 Re(Z_L)
Ω
负载 Im(Z_L)
Ω
频率 f
GHz

频率仅用于显示波长 λ = c/f,不会影响反射系数 Γ(仅计算无损传输线终端反射)。

计算结果
—
标准化 z = Z_L/Z_0
—
反射系数 Γ (极坐标)
—
VSWR
—
波长 λ (自由空间)
史密斯圆图(Γ 平面)

红=定电阻圆 (r=0.2,0.5,1,2,5)/蓝=定抗抗圆 (x=±0.2,±0.5,±1,±2,±5)/绿虚线=|Γ| 圆/黄点=当前 Γ

理论·主要公式

史密斯圆图是标准化阻抗 z = Z/Z_0 = r + j x 和反射系数 Γ = u + j v 之间双线性变换的平面表示,展示在 Γ 平面的单位圆内。

反射系数(负载端):

$$\Gamma = \frac{Z_L - Z_0}{Z_L + Z_0} = \frac{z - 1}{z + 1}$$

电压驻波比(VSWR):

$$\text{VSWR} = \frac{1 + |\Gamma|}{1 - |\Gamma|}$$

定电阻圆(圆心和半径):

$$\text{圆心} = \left(\frac{r}{1+r},\,0\right), \qquad \text{半径} = \frac{1}{1+r}$$

定抗抗圆(圆心和半径):

$$\text{圆心} = \left(1,\,\frac{1}{x}\right), \qquad \text{半径} = \frac{1}{|x|}$$

圆心 Γ = 0(即 z = 1)是匹配点,反射为零、VSWR = 1。|Γ| 越大匹配越差,单位圆上出现完全反射。

使用相同条件进行比较

计算示例

Z0=50Ω、ZL=75+j100Ω、频率2.4GHz时,z=1.50+j2.00、|Γ|=0.644、VSWR=4.62,自由空间波长124.9mm。将负载改为50+j0Ω即可匹配:|Γ|=0、VSWR=1。

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模型与适用范围

z=ZL/Z0,Γ=(z−1)/(z+1),VSWR=(1+|Γ|)/(1−|Γ|)。输入描述一个负载状态,并不自动推导元件随频率变化的阻抗特性。

常见问题

为什么只改变频率,负载点不动?

模型保持输入的ZL和Z0不变。频率改变的是自由空间波长c/f,不会自动计算天线或元件的频率响应。

显示波长是电缆中的波长吗?

不是,它是自由空间波长。换算实际电缆长度还需要传播速度或速度系数。

VSWR为1或无穷大是错误吗?

1表示完全匹配。全反射|Γ|=1时,VSWR的数学极限为无穷大。两者代表不同状态,本身不表示程序故障。

能自动设计匹配电路或计算沿线变换吗?

本语言版主要绘制负载状态,不自动选择匹配元件。日语版另外提供无损传输线电气长度控制,目前各语言版本的功能范围不同。

理论参考(不代表本工具的精度认证)

Analog Devices: Impedance matching and the Smith chart

说明更新:2026年9月6日