S參數(shù)(S-parameter),也稱散射參數(shù)(Scatteringparameter),是微波傳輸中的一個(gè)重要參數(shù),S參數(shù)描述了傳輸通道的頻率特性,通過(guò)S參數(shù)我們能看到傳輸通道的幾乎全部特性。
本期以兩端口網(wǎng)絡(luò)為例,介紹一下S參數(shù)的定義并結(jié)合信道的S參數(shù)說(shuō)明如何用sp或ac仿真其頻率特性。
1. S****參數(shù)定義
以兩端口網(wǎng)絡(luò)為例,S參數(shù)定義如圖1所示,其中a1/b1分別為Port1入射波/反射波電壓,a2/b2分別為Port2入射波反射波電壓 。
Fig1. 兩端口網(wǎng)絡(luò)的入射波和反向波
我們可以用散射矩陣(S ij )來(lái)描述入射波(a i )和反射波(b i )之間的關(guān)系,如下所示。
S11為Port2端口接匹配負(fù)載時(shí)向Port1看去的反射系數(shù),也就是輸入回波損耗;
S22為Port1端口接匹配負(fù)載時(shí)向Port2看去的反射系數(shù),也就是輸出回波損耗;
S21為Port2端口接匹配負(fù)載時(shí)從Port1到Port2的傳輸系數(shù),也就是增益;
S12為Port1端口接匹配負(fù)載時(shí)從Port2到Port1的傳輸系數(shù),也就是隔離。
我們經(jīng)常用到的單根傳輸線,就可以等效成一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò),一端接輸入信號(hào),另一端接輸出信號(hào)。S11表示輸出回波損耗,即有多少能量被反射到輸入端,這個(gè)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?shù)捷敵龆?,這個(gè)值越大越好,理想值為1,即0dB,S21越大傳輸效率越高,一般建議S21>0.7dB,即-3dB。
2. S****參數(shù)文件
文件開(kāi)頭的端口說(shuō)明、存儲(chǔ)方式、數(shù)據(jù)形式及S參數(shù)描述,4端口S參數(shù)文件如圖2所示。
Fig2. 4端口S參數(shù)文件
其中數(shù)據(jù)形式有:
HZ S RI R 50
#GHz S MA R 50
#Hz S dB R 50
關(guān)于復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的表示形式有如下幾種:
RI = real and imaginary
MA = magnitude and angle in degrees
DB = magnitude in dB and angle in degrees
數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式,一般以矩陣形式,矩陣大小為n*n,以4端口為例,S參數(shù)描述順序如下:
圖2所示4端口S參數(shù)文件是以dB形式表示的復(fù)數(shù)極坐標(biāo),10MHz頻點(diǎn)下S21為-0.88055342(dB)e^-j33.629875^,對(duì)應(yīng)的復(fù)數(shù)為0.9036e^-j33.629875^。
3. S****參數(shù)仿真
**3.1 **仿真方法
S參數(shù)可用sp或ac傳真得到S21等參數(shù),sp和ac仿真testbench如圖3所示。其中NPORT01為analogLib中的nport cell,設(shè)置方法如圖4所示,PORT03設(shè)置如圖5所示,PORT8和PORT9設(shè)置如圖6所示(需要加入交流小信號(hào))。
Fig3. S參數(shù)sp和ac仿真testbench
Fig4. NPORT0~1設(shè)置方法
Fig5. PORT0~3設(shè)置方法
(a) PORT8設(shè)置方法
(b) PORT9設(shè)置方法
Fig6. PORT8~9設(shè)置方法
**3.2 **仿真設(shè)置及仿真結(jié)果
sp和ac設(shè)置如圖7所示。
Fig7. sp和ac仿真設(shè)置
sp仿真和ac仿真S21參數(shù)設(shè)置如圖8所示。
Fig8. sp和ac仿真S21參數(shù)設(shè)置
仿真結(jié)果如圖9所示,其中黃色為ac仿真結(jié)果,紅色為sp仿真結(jié)果。
Fig9. S21仿真結(jié)果
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