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FAQ 1009031 : スミス・チャート(Smith Chart)

RF(Radio Frequency)やマイクロ波のインピーダンス整合の設計に用いられる、円形のインピーダンス・チャートです。横軸はインピーダンスZの実部(抵抗成分)で、縦軸が虚部(リアクタンス成分)を表します。左端はZ=0(全透過)、右端はZ=∞(全反射)に相当します。また、周囲に表示している角度は、電圧反射係数位相θ(ANG.: angle)です。中心Z0は、負荷と伝送路が整合した状態に相当し、通常は50Ωですが、下図のインピーダンス・チャートでは、入力インピーダンスを基準に正規化して1.0で表現しています。
中心からの距離ρ(MAG.: magnitude)が、反射量の大きさです。



たとえば、50Ωの負荷に直列にコイルLを接続した場合、Lのインダクタンスが大きくなるのに伴って、軌跡が∞に近づきます。



また、50Ωの負荷に直列にコンデンサCを接続した場合、Cの容量が小さくなるのに伴って、軌跡が∞に近づきます。



なお、スミス・チャートには、インピーダンス・チャートのほかに、横軸のスケールはそのままで、左右反転(180°逆位相)してアドミタンスY(インピーダンスの逆数)を表現するアドミタンス・チャートや、両方を重ねたイミタンス・チャートがあります。並列回路では、アドミタンス・チャートが見やすくなります。
たとえば、50Ωの負荷に並列にコイルLを接続した場合、Lのインダクタンスが大きくなるのに伴って、アドミタンス・チャートの軌跡が0に近づきます。



また、50Ωの負荷に並列にコンデンサCを接続した場合、Cの容量が大きくなるのに伴って、軌跡が∞に近づきます。



イミタンス・チャートは、直列と並列を両方表現する場合に利用されます。



なお、リアクタンスはj(ωL-1/ωC)なので、ω=2fよりインピーダンスは周波数fによって変化します。
スミス・チャートは、Sパラメータの周波数特性を表すのに用いられ、周波数の変化に対するインピーダンスの軌跡がプロットされます。

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