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S參數的含義
來源:    發布時間: 2015-05-26 17:08   1315 次瀏覽   大小:  16px  14px  12px

微波系統主要研究信號和能量兩大問題:信號問題主要是研究幅頻和相頻特性;能量問題主要是研究能量如何有效地傳輸。

微波系統主要研究信號和能量兩大問題:信號問題主要是研究幅頻和相頻特性;能量問題主要是研究能量如何有效地傳輸。

 

微波系統是分布參數電路,必須采用場分析法,但場分析法過于復雜,因此需要一種簡化的分析方法。

 

微波網絡法被廣泛運用于微波系統的分析,是一種等效電路法,在分析場分布的基礎上,用路的方法將微波元件等效為電抗或電阻器件,將實際的導波傳輸系統等效為傳輸線,從而將實際的微波系統簡化為微波網絡,把場的問題轉化為路的問題來解決。微波網絡理論是在低頻網絡理論的基礎上發展起來的,低頻電路分析是微波電路分析的一個特殊情況。

 

一般地,對于一個網絡有Y、ZS參數可用來測量和分析,Y稱為導納參數,Z稱為阻抗參數,S稱為散射參數;前兩個參數主要用于集總電路,ZY參數對于集總參數電路分析非常有效,各參數可以很方便的測試;但是在微波系統中,由于確定非TEM波電壓、電流非常困難,而且在微波頻率測量電壓和電流也存在實際困難。因此,在處理高頻網絡時,等效電壓和電流以及有關的阻抗和導納參數變得較抽象。與直接測量入射、反射及傳輸波概念更加一致的表示是散射參數,即S參數矩陣,它更適合于分布參數電路。S參數就是建立在入射波、反射波關系基礎上的網絡參數,適于微波電路分析,以器件端口的反射信 號以及從該端口傳向另一端口的信號來描述電路網絡。同N端口網絡的阻抗和導納矩陣那樣,用散射矩陣亦能對N端口網絡進行完善的描述。阻抗和導納矩陣反映了 端口的總電壓和電流的關系,而散射矩陣是反映端口的入射電壓波和反射電壓波的關系。散射參量可以直接用網絡分析儀測量得到,可以用網絡分析技術來計算。只要知道網絡的散射參量,就可以將它變換成其它矩陣參量。

 

下面以二端口網絡為例說明各個S參數的含義,如上圖所示。二端口網絡有四個S參 數,Sij代表的意思是能量從j口注入,在i口測得的能量,如S11定義為從Port1口反射的能量與輸入能量比值的平方根,也經常被簡化為等效反射電壓 和等效入射電壓的比值,各參數的物理含義和特殊網絡的特性如下:

 

S11:端口2匹配時,端口1的反射系數;

S22:端口1匹配時,端口2的反射系數;

S12:端口1匹配時,端口2到端口1的反向傳輸系數;

S21:端口2匹配時,端口1到端口2的正向傳輸系數;

對于互易網絡,有:S12=S21;

對于對稱網絡,有:S11=S22 ;

對于無耗網絡,有:(S112+S122=1 ;

 

我們經常用到的單根傳輸線,或一個過孔,就可以等效成一個二端口網絡,一端接輸入信號,另一端接輸出信號,如果以Port1作為信號的輸入端口,Port2 作為信號的輸出端口,那么S11表示的就是回波損耗,即有多少能量被反射回源端(Port1),這個值越小越好,一般建議S11< 0.1,即-20dB;S21表示插入損耗,也就是有多少能量被傳輸到目的端(Port2)了,這個值越大越好,理想值是1,即0dB,S21越大傳輸的 效率越高,一般建議S21>0.7,即-3dB。

 

S參數在工程測試和理論計算中都得到廣泛采用。

一般利用各種參數(H, Y, Z, S) 來對器件進行描述:

1、器件的線性模型

2、反映器件在不同頻率和阻抗端接情況下工作性能

3、通過測試來對器件進行建模

4、通過計算對器件進行匹配,阻抗變化等處理

 

在某些應用中采用器件參數可通過轉換由S參數得到.

 

利用S參的優點如下:

1、概念與器件性能指標對應

2、方便復雜系統分析

3、完整反映被測器件性能

4、便于建立器件數學模型

5、級連系統的S參數計算

6、便于導出H, Y, Z 等參數

7、EDA 設計軟件的數據格式

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