NanoVNA 实测数据的圆图解读与匹配网络构建案例
一、实测数据获取与圆图绘制
假设我们使用 NanoVNA 对一个未知射频电路进行测量，设置测量频率范围为 100MHz - 1GHz，扫频点数为 1001 个。将 NanoVNA 的测试端口连接到被测电路，完成校准后进行测量，得到一系列的 S11 参数数据（反射系数数据）。
将这些数据导入到支持史密斯圆图绘制的软件中（如 VNA 软件自带的绘图功能或其他专业射频分析软件），软件会根据反射系数数据在史密斯圆图上绘制出对应的曲线。这条曲线直观地展示了在不同频率下，被测电路的阻抗特性变化情况。
在圆图上，我们可以清晰地看到一些关键的标注，包括等电阻圆、等电抗圆、归一化阻抗值以及驻波比（VSWR）刻度等。例如，圆图的圆心对应着归一化阻抗值为 1 + j0，也就是 50Ω（假设系统特征阻抗为 50Ω）的纯电阻负载；圆图的最外圆周表示全反射，即驻波比无穷大。
二、圆图上的阻抗特性解读
从绘制好的圆图曲线中选取几个关键频率点进行详细分析：
频率 f1 = 200MHz：在该频率点，曲线对应的位置位于圆图的左下方区域，靠近等电阻圆 r = 0.2 和等电抗圆 x = -0.8 的交点附近。根据史密斯圆图的转换规则，将归一化阻抗值转换为实际阻抗值。归一化阻抗 Z = r + jx = 0.2 - j0.8，已知系统特征阻抗 Z0 = 50Ω，则实际阻抗 Z = Z0×(r + jx) = 50×(0.2 - j0.8) = 10 - j40Ω。这表明在 200MHz 时，被测电路呈现出低电阻、高容性电抗的特性。容性电抗的存在意味着电路中可能存在电容元件或者分布电容的影响，这种阻抗特性会导致信号在传输过程中产生较大的反射，影响信号的传输效率。
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频率 f2 = 500MHz：此时曲线位于圆图的右侧，接近等电阻圆 r = 1.5 和等电抗圆 x = 0.5 的交点。同样进行归一化到实际阻抗的转换，Z = Z0×(r + jx) = 50×(1.5 + j0.5) = 75 + j25Ω，说明在 500MHz 时，被测电路的阻抗为感性阻抗，电阻值相对较大，感性电抗的存在可能是由于电路中的电感元件或者分布电感引起的。虽然此时的反射相对较小，但阻抗与系统特征阻抗不匹配，仍会造成一定的信号损耗。
频率 f3 = 800MHz：曲线回到靠近圆心的位置，归一化阻抗约为 0.9 + j0.1，转换后实际阻抗 Z = 50×(0.9 + j0.1) = 45 + j5Ω。该频率点下，电路的阻抗已经比较接近系统特征阻抗 50Ω，反射较小，信号传输效率相对较高。但仍存在一定的偏差，通过合适的匹配网络可以进一步优化。
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三、匹配网络的构建与对应关系演示
（一）针对 f1 = 200MHz 的匹配网络设计
由于在 200MHz 时电路呈现容性阻抗（10 - j40Ω），为了实现与 50Ω 系统的匹配，我们需要引入一个感性元件来抵消容性电抗。这里采用 L 型匹配网络，由一个串联电感和一个并联电容组成。
根据射频匹配理论，首先计算串联电感 L1 的值。我们希望通过串联电感将容性电抗抵消，使电路的总电抗为 0。根据感抗公式 XL = ωL（ω = 2πf，f = 200MHz），要抵消容抗 XC = 40Ω，即 XL = 40Ω，可计算出 L1 = XL / (2πf) = 40 / (2π×200×10^6) ≈ 31.8nH。
接着计算并联电容 C1 的值。在抵消容性电抗后，电路剩下纯电阻 10Ω，通过并联电容将其转换为 50Ω。根据并联阻抗的计算公式和史密斯圆图的转换关系，可计算出 C1 的值。经过计算，C1 ≈ 19.9pF。
将设计好的 L 型匹配网络连接到被测电路后，再次使用 NanoVNA 进行测量。在圆图上可以看到，200MHz 对应的点向圆心位置移动，驻波比明显降低，说明匹配网络有效地改善了电路的阻抗匹配情况，减少了信号反射。
（二）针对 f2 = 500MHz 的匹配网络设计
对于 500MHz 时的感性阻抗（75 + j25Ω），我们同样采用 L 型匹配网络，但元件的连接方式与上述情况相反，即先并联一个电感，再串联一个电容。
计算并联电感 L2 的值，以抵消感性电抗。由 XL = 25Ω，可得 L2 = XL / (2πf) = 25 / (2π×500×10^6) ≈ 7.96nH。
再计算串联电容 C2 的值，将剩余电阻转换为 50Ω。经计算，C2 ≈ 12.7pF。
连接匹配网络后进行测量，圆图上 500MHz 对应的点也向圆心靠近，驻波比得到优化，证明该匹配网络成功实现了该频率点的阻抗匹配。
通过以上对 NanoVNA 实测数据在圆图上的解读，以及针对不同频率点阻抗特性设计匹配网络的过程，我们清晰地看到了阻抗与匹配网络之间的紧密对应关系。在实际射频电路设计和调试中，熟练运用史密斯圆图和匹配网络知识，能够有效提高电路的性能和信号传输质量。
以上案例展示了 NanoVNA 数据与圆图、匹配网络的关系。若你对案例数据、匹配网络类型等有修改需求，或想了解更多细节，可随时和我说。
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