電磁仿真知識(shí)：什么是S參數(shù)?S參數(shù)的含義?

2016-11-15 by:CAE仿真在線(xiàn) 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

什么是S參數(shù)

微波網(wǎng)絡(luò)法廣泛運(yùn)用于微波系統(tǒng)的分析,是一種等效電路法,在分析場(chǎng)分布的基礎(chǔ)上,用等效電路法將微波元件等效為電抗或電阻器件,將實(shí)際的導(dǎo)波傳輸系統(tǒng)等效為傳輸線(xiàn),從而將實(shí)際的微波系統(tǒng)簡(jiǎn)化為微波網(wǎng)絡(luò),把場(chǎng)的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為路的問(wèn)題來(lái)解決。

另外:微波網(wǎng)絡(luò)理論在低頻網(wǎng)絡(luò)理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái),低頻電路分析是微波電路分析的一個(gè)特殊情況。

微波系統(tǒng)主要研究信號(hào)和能量?jī)纱髥?wèn)題:

1、信號(hào)問(wèn)題主要是研究幅頻和相頻特性;

2、能量問(wèn)題主要是研究能量如何有效地傳輸。

微波系統(tǒng)是分布參數(shù)電路,必須采用場(chǎng)分析法,但場(chǎng)分析法過(guò)于復(fù)雜,因此需要一種簡(jiǎn)化的分析方法。

一般地,對(duì)于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)有Y、Z和S參數(shù)可用來(lái)測(cè)量和分析,Y稱(chēng)導(dǎo)納參數(shù),Z稱(chēng)為阻抗參數(shù),S稱(chēng)為散射參數(shù);前兩個(gè)參數(shù)主要用于集總電路,Z和Y參數(shù)對(duì)于集總參數(shù)電路分析非常有效,各參數(shù)可以很方便的測(cè)試;但是在微波系統(tǒng)中,由于確定非TEM波電壓、電流的困難性,而且在微波頻率測(cè)量電壓和電流也存在實(shí)際困難。因此,在處理高頻網(wǎng)絡(luò)時(shí),等效電壓和電流以及有關(guān)的阻抗和導(dǎo)納參數(shù)變得較抽象。與直接測(cè)量入射、反射及傳輸波概念更加一致的表示是散射參數(shù),即S參數(shù)矩陣,它更適合于分布參數(shù)電路。 S參數(shù)就是建立在入射波、反射波關(guān)系基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)參數(shù),適于微波電路分析,以器件端口的反射信號(hào)以及從該端口傳向另一端口的信號(hào)來(lái)描述電路網(wǎng)絡(luò)。同N端口網(wǎng)絡(luò)的阻抗和導(dǎo)納矩陣那樣,用散射矩陣亦能對(duì)N端口網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行完善的描述。阻抗和導(dǎo)納矩陣反映了端口的總電壓和電流的關(guān)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(guān)系。散射參量可以直接用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量得到,可以用網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)來(lái)計(jì)算。只要知道網(wǎng)絡(luò)的散射參量,就可以將它變換成其它矩陣參量。

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下面以二端口網(wǎng)絡(luò)為例說(shuō)明各個(gè)S參數(shù)的含義,如圖所示。二端口網(wǎng)絡(luò)有四個(gè)S參數(shù),Sij代表的意思是能量從j口注入,在i口測(cè)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(jīng)常被簡(jiǎn)化為等效反射電壓和等效入射電壓的比值,

各參數(shù)的物理含義和特殊網(wǎng)絡(luò)的特性如下:

S11:端口2匹配時(shí),端口1的反射系數(shù);

S22:端口1匹配時(shí),端口2的反射系數(shù);

S12:端口1匹配時(shí),端口2到端口1的反向傳輸系數(shù);

S21:端口2匹配時(shí),端口1到端口2的正向傳輸系數(shù);

對(duì)于互易網(wǎng)絡(luò),有:S12=S21;

對(duì)于對(duì)稱(chēng)網(wǎng)絡(luò),有:S11=S22 對(duì)于無(wú)耗網(wǎng)絡(luò),有:(S11)2+(S12)2=1 ;

S21表示插入損耗,也就是有多少能量被傳輸?shù)侥康亩?Port2)了,這個(gè)值越大越好,理想值是1,即0dB,S21越大傳輸?shù)男试礁?一般建議S21>0.7,即-3dB。

我們經(jīng)常用到的單根傳輸線(xiàn),或一個(gè)過(guò)孔,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),如果以Port1作為信號(hào)的輸入端口, Port2作為信號(hào)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(gè)值越小越好,一般建議S11< 0.1,即-20dB,

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