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关于S 参数

大西洋仪器网  2016-12-23 09:31   点击 941

无源网络如电阻、电感电容、连接器、电缆、PCB线等在高频下会呈现射频、微波方面的特性。S参数是表征无源网络特性的一种模型,在仿真中即用S参数来代表无源网络,在射频、微波和信号完整性领域的应用都很广泛。

●S参数的概念

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S参数是两个物理量的比值,因此严格讲是没有单位的,但通常当表示幅值的S参数时,一般按对数的算法,最终用dB来表示。

●二端口网络S参数

下图为测量二端口网络前向S参数时的微波功率传输示意图。测量“前向”S参数时,在输入端施加激励信号,在输出端接匹配电阻。

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入射能量(a1)输入到端口1,有一部分能量(b1)被反射回来,另外一部分能

量(b2)输出到端口2。S参数只能在输入、输出端口完全匹配的条件下才能确定。

S11=b1/a1=反射功率/入射功率,S11表示在输出端端接匹配情况下的输入端反射系数,通常被称为回波损耗(return loss)。

S21=b2/a1=输出功率/输入功率。S21表示在输出端端接匹配情况下的前向传输增益(系数),通常被称为插入损耗(inset loss)。

测量“反向”S参数时,在输出端施加激励信号,在输入端接匹配电阻,如下图所示。

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S22=b2/a2=反射功率/入射功率。S22表示在输入端端接匹配情况下的输出端反射系数。

S12=b1/a2=输出功率/输入功率。S12表示在输入端端接匹配情况下的反向传输增益(系数)。

二端口网络的输入、输出和S参数的关系

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刚开始记这些参数时可能有些容易混淆。正向和反向是相对表达上的方便而言的,无源器件一般来说正向和反向的一致的结果。其实只要牢记住S21表示b2/a1就可以了,其它的就可以类推了,另外相同的后缀S11,S22表示反射,比较容易记住。

●四端口网络S参数

单端四端口或更多端口网络的S参数和二端口网络的测量方法类似。在某一端施加激励信号,其它所有端口端接匹配电阻。

四端口网络S参数中,S11,S22,S33,S44分别表示各端口的回波损耗/反射系数;S21,S12,S34,S43表示插入损耗/传输增益;S13,S31,S24,S42表示近端串扰(near end crosstalk);S14,S41,S23,S32表示远端串扰(far end crosstalk)。

S参数的测量方法

S参数的常用测量方法是基于扫频测量的原理,主要包括以下部分:

(1)激励信号源:提供感兴趣的频率范围内的入射信号;

(2)信号分离装置:含功分器和定向耦合器,分离出入射,反射和传输信号;

(3)接收机:对被测件的入射,反射和传输信号进行测试;

(4)处理显示单元:对测试结果进行处理和显示。

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扫频测量的误差

在扫频测量过程中会产生六大系统误差,因此在使用前需要进行严格的校准。

(1)与信号泄露相关的方向误差;

(2)与信号泄露相关的串扰误差;

(3)与反射相关的源失配;

(4)与反射相关的负载阻抗失配;

(5)由测试接收机内部的反射引起的频率响应误差;

(6)由测试接收机内部的传输跟踪引起的频率响应误差。

来源:大西洋仪器网    编辑:韦文臻
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