矢量网络分析仪测试的S参数

2016-05-05 00:14 阅读 571 次 评论 0 条

Sij代表的意思是能量从j口注入,在i口测得的能量,如S11定义为从 Port1口反射的能量与输入能量比值的平方根,也经常被简化为等效反射电压和等效入射电压的比值,各参数的物理含义和特殊网络的特性如下:
S11:端口2匹配时,端口1的反射系数;
S22:端口1匹配时,端口2的反射系数;
S12:端口1匹配时,端口2到端口1的反向传输系数;
S21:端口2匹配时,端口1到端口2的正向传输系数;
对于互易网络,有:S12=S21;
对于对称网络,有:S11=S22 对于无耗网络,有:(S11)2+(S12)2=1 ;
S21表示插入损耗,也就是有多少能量被传输到目的端(Port2)了,这个值越大越好,理想值是1,即0dB,S21越大传输的效率越高,一般建议S21>0.7,即-3dB。

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微波系统主要研究信号和能量两大问题:信号问题主要是研究幅频和相频特性;能量问题主要是研究能量如何有效地传输。微波系统是分布参数电路,必须采用场分析法,但场分析法过于复杂,因此需要一种简化的分析方法。微波网络法被广泛运用于微波系统的分析,是一种等效电路法,在分析场分布的基础上,用路的方法将微波元件等效为电抗或电阻器件,将实际的导波传输系统等效为传输线,从而将实际的微波系统简化为微波网络,把场的问题转化为路的问题来解决。微波网络理论是在低频网络理论的基础上发展起来的,低频电路分析是微波电路分析的一个特殊情况。一般地,对于一个网络有Y、Z和S参数可用来测量和分析,Y称为导纳参数,Z称为阻抗参数,S称为散射参数;前两个参数主要用于集总电路,Z和Y参数对于集总参数电路分析非常有效,各参数可以很方便的测试;但是在微波系统中,由于确定非TEM波电压、电流非常困难,而且在微波频率测量电压和电流也存在实际困难。因此,在处理高频网络时,等效电压和电流以及有关的阻抗和导纳参数变得较抽象。与直接测量入射、反射及传输波概念更加一致的表示是散射参数,即S参数矩阵,它更适合于分布参数电路。 S参数就是建立在入射波、反射波关系基础上的网络参数,适于微波电路分析,以器件端口的反射信号以及从该端口传向另一端口的信号来描述电路网络。同N端口网络的阻抗和导纳矩阵那样,用散射矩阵亦能对N端口网络进行完善的描述。阻抗和导纳矩阵反映了端口的总电压和电流的关系,而散射矩阵是反映端口的入射电压波和反射电压波的关系。散射参量可以直接用网络分析仪测量得到,可以用网络分析技术来计算。只要知道网络的散射参量,就可以将它变换成其它矩阵参量。

S 参数:  S 参数包括四个值,S11,S21,S12,S22,都是复数的   一个二端口网络(二端口电路)   拿放大器说事,  
放大器有两个端口,输入端,输出端,  
当高频信号输入到放大器的输入端,放大器输出端接匹配电阻。  这时  
输入信号的入射波与反射波的比值就是 S11  
输出信号与输入信号的入射波的比值就是 S21 实际就是放大器的放大倍数   当高频信号输入到放大器的输出端,放大器输入端接匹配电阻。  这时 输入信号的入射波与反射波的比值就是 S22  
输出信号与输入信号的入射波的比值就是 S12 实际就是放大器的隔离度    
S参数的原文名称是“Scattering-Parameter”   
以二端口网络为例,如单根传输线,共有四个S参数:S11,S12,S21,S22,对于互易网络有S12=S21,对于对称网络有S11=S22,对于无耗网络,有S11*S11+S21*S21=1,即网络不消耗任何能量,从端口1输入的能量不是被反射回端口1就是传输到端口2上了。在高速电路设计中用到的微带线或带状线,都有参考平面,为不对称结构(但平行双导线就是对称结构),所以S11不等于S22,但满足互易条件,总是有S12=S21。假设Port1为信号输入端口,Port2为信号输出端口,则我们关心的S参数有两个:S11和S21,S11表示回波损耗,也就是有多少能量被反射回源端(Port1)了,这个值越小越好,一般建议S11<0.1,即-20dB,S21表示插入损耗,也就是有多少能量被传输到目的端(Port2)了,这个值越大越好,理想值是1,即0dB,越大传输的效率越高,一般建议S21>0.7,即-3dB,如果网络是无耗的,那么只要Port1上的反射很小,就可以满足S21>0.7的要求,但通常的传输线是有耗的,尤其在GHz以上,损耗很显著,即使在Port1上没有反射,经过长距离的传输线后,S21的值就会变得很小,表示能量在传输过程中还没到达目的地,就已经消耗在路上了。对于由2根或以上的传输线组成的网络,还会有传输线间的互参数,可以理解为近端串扰系数、远端串扰系统,注意在奇模激励和偶模激励下的S参数值不同。需要说明的是,S参数表示的是全频段的信息,由于传输线的带宽限制,一般在高频的衰减比较大,S参数的指标只要在由信号的边缘速率表示的EMI发射带宽范围内满足要求就可以了。

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