不管多么經典的射頻教程，為什么都做成黑白的呢？讓想理解史密斯原圖的同學一臉懵逼。

這是什么東東？

今天解答三個問題：

1、是什么？

2、為什么？

3、干什么？

1、是什么？

該圖表是由菲利普·史密斯(Phillip Smith)于1939年發明的，當時他在美國的RCA公司工作。史密斯曾說過，“在我能夠使用計算尺的時候，我對以圖表方式來表達數學上的關聯很有興趣”。

史密斯圖表的基本在于以下的算式。

當中的Γ代表其線路的反射系數(reflection coefficient)

即S參數（S-parameter）里的S11，ZL是歸一負載值，即ZL / Z0。當中，ZL是線路本身的負載值，Z0是傳輸線的特征阻抗（本征阻抗）值，通常會使用50Ω。

簡單的說：就是類似于數學用表一樣，通過查找，知道反射系數的數值。

2、為什么？

我們現在也不知道，史密斯先生是怎么想到“史密斯圓圖”表示方法的靈感，是怎么來的。

很多同學看史密斯原圖，屎記硬背，不得要領，其實沒有揣摩，史密斯老先生的創作意圖。

我個人揣測：是不是受到黎曼幾何的啟發，把一個平面的坐標系，給“掰彎”了。

我在表述這個“掰彎”的過程，你就理解，這個圖的含義了。（坐標系可以掰彎、人盡量不要“彎”；如果已經彎了，本人表示祝福）

現在，我就掰彎給你看。

世界地圖，其實是一個用平面表示球體的過程，這個過程是一個“掰直”。

史密斯原圖，巧妙之處，在于用一個圓形表示一個無窮大的平面。

2.1、首先，我們先理解“無窮大”的平面。

首先的首先，我們復習一下理想的電阻、電容、電感的阻抗。

在具有電阻、電感和電容的電路里，對電路中的電流所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示，是一個復數，實際稱為電阻，虛稱為電抗，其中電容在電路中對交流電所起的阻礙作用稱為容抗 ,電感在電路中對交流電所起的阻礙作用稱為感抗，電容和電感在電路中對交流電引起的阻礙作用總稱為電抗。阻抗的單位是歐姆。

R，電阻：在同一電路中，通過某一導體的電流跟這段導體兩端的電壓成正比，跟這段導體的電阻成反比,這就是歐姆定律。

標準式：。（理想的電阻就是 實數，不涉及復數的概念）。

如果引入數學中復數的概念，就可以將電阻、電感、電容用相同的形式復阻抗來表示。既：電阻仍然是實數R（復阻抗的實部），電容、電感用虛數表示，分別為：

Z= R+i( ωL–1/（ωC）)

說明：負載是電阻、電感的感抗、電容的容抗三種類型的復物，復合后統稱“阻抗”，寫成數學公式即是：阻抗Z= R+i(ωL–1/（ωC）)。其中R為電阻，ωL為感抗，1/（ωC）為容抗。

（1）如果(ωL–1/ωC) > 0，稱為“感性負載”；

（2）反之，如果(ωL–1/ωC) < 0稱為“容性負載”。

我們仔細看阻抗公式，它不再是一個實數。它因為電容、電感的存在，它變成了一個復數。

電路中如果只有電阻，只影響幅度變化。

我們通過上圖，我們知道，正弦波的幅度發生了變化，同時，相位也發生了變化，同時頻率特性也會變化。所以我們在計算的過程中，即需要考慮實部，也需要考慮虛部。

我們可以在一個復平面里面，以實部為x軸、以虛部為y軸，表示任意一個復數。我們的阻抗，不管多少電阻、電容、電感串聯、并聯，之后，都可以表示在一個復平面里面。

在 RLC 串聯電路中，交流電源電壓 U = 220 V，頻率 f = 50 Hz，R = 30 Ω，L =445 mH，C =32 mF。

在上圖中，我們看到通過幾個矢量的疊加，最終阻抗在復平面中，落在了藍色的圓點位置。

所以，任意一個阻抗的計算結果，我們都可以放在這個復平面的對應位置。

各種阻抗的情況，組成了這個無窮大的平面。

2.2、反射公式

信號沿傳輸線向前傳播時，每時每刻都會感受到一個瞬態阻抗，這個阻抗可能是傳輸線本身的，也可能是中途或末端其他元件的。對于信號來說，它不會區分到底是什么，信號所感受到的只有阻抗。如果信號感受到的阻抗是恒定的，那么他就會正常向前傳播，只要感受到的阻抗發生變化，不論是什么引起的（可能是中途遇到的電阻，電容，電感，過孔，PCB轉角，接插件），信號都會發生反射。

錢塘江大潮，就是河道的寬度變化引起了反射，這跟電路中阻抗不連續，導致信號反射，可以類比。反射聚集的能量疊加在一起，引起的過沖。也許這個比喻不恰當，但是挺形象。

那么有多少被反射回傳輸線的起點？衡量信號反射量的重要指標是反射系數，表示反射電壓和原傳輸信號電壓的比值。

反射系數定義為：

其中：Z0為變化前的阻抗，ZIN為變化后的阻抗。假設PCB線條的特性阻抗為50歐姆，傳輸過程中遇到一個100歐姆的貼片電阻，暫時不考慮寄生電容電感的影響，把電阻看成理想的純電阻，那么反射系數為：

信號有1/3被反射回源端。

如果傳輸信號的電壓是3.3V電壓，反射電壓就是1.1V。純電阻性負載的反射是研究反射現象的基礎，阻性負載的變化無非是以下四種情況：阻抗增加有限值、減小有限值、開路（阻抗變為無窮大）、短路（阻抗突然變為0）。

初始電壓，是源電壓Vs（2V）經過Zs（25歐姆）和傳輸線阻抗（50歐姆）分壓。

Vinitial=1.33V

后續的反射率按照反射系數公式進行計算

源端的反射率，是根據源端阻抗（25歐姆）和傳輸線阻抗（50歐姆）根據反射系數公式計算為-0.33；

終端的反射率，是根據終端阻抗（無窮大）和傳輸線阻抗（50歐姆）根據反射系數公式計算為1；

我們按照每次反射的幅度和延時，在最初的脈沖波形上進行疊加就得到了這個波形，這也就是為什么，阻抗不匹配造成信號完整性不好的原因。

那么我們做一個重要的假設！

為了減少未知參數的數量，可以固化一個經常出現并且在應用中經常使用的參數。這里Z0(特性阻抗)通常為常數并且是實數，是常用的歸一化標準值，如50Ω、75Ω、100Ω和600Ω。

假設Z0一定，為50歐姆。（為什么是50歐姆，此處暫時不表；當然也可以做其他假設，便于理解，我們先定死為50Ω）。

那么，根據反射公式，我們得到一個重要的結論：

每一個Zin對應唯一的 “?！保瓷湎禂怠?/strong>