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揭開(kāi)網(wǎng)絡(luò)分析儀中的S參數(shù)的“神秘面紗”


  來(lái)源: 互聯(lián)網(wǎng) 時(shí)間:2020-09-11 編輯:清風(fēng)
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現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析儀已廣泛在研究,生產(chǎn)中大量運(yùn)用,網(wǎng)絡(luò)分析儀被廣泛地使用于分析各種不一樣部件,材料,電路,設(shè)備和系統(tǒng)。無(wú)論是在研究階段為了優(yōu)化模擬電路的規(guī)劃,還是為了調(diào)試檢測(cè)電子元器件,矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀都成為一種不可缺少的測(cè)量?jī)x器。


網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)被高頻率運(yùn)用的術(shù)語(yǔ),有很多種現(xiàn)代的定義。就網(wǎng)絡(luò)分析而言,網(wǎng)絡(luò)指一組內(nèi)部相互關(guān)聯(lián)的電子元器件。網(wǎng)絡(luò)分析儀的功能之一就是量化兩個(gè)射頻元件間的阻抗不匹配,最大限度地提升功率效率和信號(hào)的完整性。每當(dāng)射頻信號(hào)由一個(gè)元件進(jìn)入另一個(gè)時(shí),總會(huì)有一部分信號(hào)被反射,而另一部分被傳輸。下面一起學(xué)習(xí)探討一下網(wǎng)絡(luò)分析儀中的 S 參數(shù)具體是什么?



今天的主角“S 參數(shù)”就正式登場(chǎng)了。在仿真中我們一般都用 S 參數(shù)來(lái)代表無(wú)源網(wǎng)絡(luò)。S 參數(shù)也被稱(chēng)為散射參數(shù),適用于分布參數(shù)電路。


下圖非常形象的表示信號(hào)的走向。A1 是入射的信號(hào),B1 是反射的信號(hào),B2 是傳輸?shù)男盘?hào)。S 參數(shù)就是建立在這些信號(hào)能量關(guān)系基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。



S 參數(shù)可以用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量到,并用網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)計(jì)算。


常用的表達(dá)式是 Sij:意思表達(dá)為能量從 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的能量的比值的平方根,也經(jīng)常被簡(jiǎn)化為等效反射電壓與等效入射電壓的比值。


現(xiàn)在我們想象把網(wǎng)絡(luò)看成一個(gè)“黑盒子”,現(xiàn)在只關(guān)心端口能量的數(shù)值。


以一個(gè)二端口的例子來(lái)分析 S 參數(shù)的含義:

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)


我們常用的是 S11 和 S21,他們分別表達(dá)的意思是:



對(duì)于 2 端口網(wǎng)絡(luò) Port1 輸入信號(hào),Port2 輸出信號(hào),則有:

S11 表示回波損耗,即有多少能量返回了 Port1,當(dāng)然越小越好,即能量很少反射回來(lái),一般 S11<0.1(-20dB)。


S21 表示插入損耗,即有多少能量傳輸?shù)?Port2,當(dāng)然越大越好,最大是 1,即能量全部傳輸?shù)?port2,沒(méi)有損耗。一般 S21>0.7(-3dB)。


所以,對(duì)我們實(shí)際工程應(yīng)用中,S11 和 S21 是兩個(gè)比較重要的參數(shù),這兩個(gè)參數(shù)可以表征網(wǎng)絡(luò)的性能。通常我們 S 參數(shù)的幅度習(xí)慣用 DB 表示。


在實(shí)踐中,我們經(jīng)常用到的單根傳輸線(xiàn)或一個(gè)過(guò)孔,它就可以等效成一個(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),所以如果以 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 表示的就是這條傳輸線(xiàn)的回波損耗了。


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