Smith Chart Tool

스미스 차트는 1939년 Bell Labs의 Philip H. Smith가 RF 전송 선로와 임피던스 정합 문제를 풀기 위해 개발한 그래픽 도구입니다. 복소 반사 계수 Γ의 극 좌표 표시로, 외부 원은 완전 반사(|Γ| = 1)를, 중심은 완전 임피던스 정합(|Γ| = 0)을 나타냅니다. 임피던스와 반사 계수 공간 사이의 쌍선형 변환에서 파생된 등저항 원과 등리액턴스 호가 이 원 위에 중첩됩니다.

반사 계수 Γ = (Z − Z0) / (Z + Z0)는 임피던스 불연속점에서 얼마나 많은 신호가 반사되는지를 정량화합니다. |Γ| = 0은 반사 없음(완전 정합), |Γ| = 1은 완전 반사(개방 또는 단락 회로)를 의미합니다. 실제로는 |Γ| < 0.1(반사 손실 > 20dB)이 대부분의 RF 응용에서 좋은 정합으로 간주됩니다. 안테나 시스템은 일반적으로 SWR 규격을 충족하려면 |Γ| < 0.316(VSWR < 2:1, 반사 손실 > 10dB)을 요구합니다.

VSWR(전압 정재파비)은 순방향파와 반사파의 간섭으로 발생하는 전송 선로 위 최대/최소 전압 진폭의 비입니다. VSWR = 1:1은 반사 없음(완전 정합)을 의미합니다. VSWR = 2:1은 |Γ| ≈ 0.333으로 전력의 약 11%가 반사됩니다. 고출력 송신기에서 높은 VSWR은 전송 선로의 과열을 유발하고 전력 증폭기를 손상시킬 수 있습니다. 대부분의 RF 시스템은 최대 VSWR 1.5:1 또는 2:1을 규정합니다.

반사 손실(RL)은 입사 전력 중 부하에서 반사되는 양을 dB로 측정합니다: RL = −20 × log₁₀(|Γ|) dB. 반사 손실 값이 높을수록 반사가 적고 임피던스 정합이 좋습니다. 반사 손실 10dB는 전력의 10%가 반사됨을 의미합니다. 20dB는 1%만 반사됩니다. 0dB는 전력의 100%가 반사(개방 또는 단락 회로)됩니다. 대부분의 안테나 규격은 최소 10dB 반사 손실을 요구합니다.

부정합 손실은 임피던스 불정합으로 인해 부하에 전달되지 않는 가용 입력 전력의 양을 정량화합니다: ML = −10 × log₁₀(1 − |Γ|²) dB. 반사 손실이 반사 전력을 측정하는 것과 달리, 부정합 손실은 전달 가능한 전력의 총 손실을 측정합니다. VSWR = 2:1(|Γ| ≈ 0.333)에서 부정합 손실은 약 0.51dB입니다. VSWR = 1.5:1(|Γ| ≈ 0.2)에서는 약 0.18dB입니다. 부정합 손실은 시스템의 유효 출력 전력을 직접 감소시킵니다.

기준 임피던스 Z0는 작업하는 전송 선로 또는 포트 표준의 특성 임피던스입니다. 대부분의 RF 시스템에서 Z0 = 50Ω이 범용 표준입니다(동축 케이블, SMA 커넥터, 벡터 네트워크 분석기). 케이블 TV 및 방송 시스템에서는 Z0 = 75Ω이 표준입니다. 일부 오디오 시스템에서는 600Ω 또는 150Ω 임피던스를 사용합니다. 항상 측정 환경이나 네트워크 분석기 교정 표준의 시스템 임피던스와 일치하도록 Z0을 설정하세요.

부하 임피던스(R, X)와 시스템 기준 임피던스 Z0을 입력하세요. 현재 임피던스 점의 반사 계수 크기와 위상각을 확인합니다. 부하를 Z0에 정합시키려면 스미스 차트 중심 방향으로 임피던스 점을 이동시키는 리액티브 소자(직렬 또는 병렬 인덕터/커패시터)를 추가해야 합니다. L형, π형 회로망, 1/4파장 변환기가 일반적인 정합 토폴로지입니다. 도구를 사용하여 최종 정합 임피던스에서 |Γ|가 0에 가까운지(VSWR이 1:1에 가까운지) 검증하세요.

VSWR은 (1 + |Γ|) / (1 − |Γ|)로 정의됩니다. |Γ| = 1일 때(순수 리액턴스 부하(R=0)나 개방/단락 회로처럼 완전 반사가 발생하는 경우) 분모가 0이 되어 VSWR은 수학적으로 무한대가 됩니다. 이는 부하에 실제 전력이 전달되지 않고 모든 입사 전력이 반사됨을 의미합니다. 도구는 완전 반사 조건의 물리적으로 의미 있는 결과를 올바르게 나타내기 위해 "Inf"를 표시합니다.