S 引數說明

2022-08-04 11:33:11 字數 2351 閱讀 6294

微波系統主要研究訊號和能量兩大問題:訊號問題主要是研究幅頻和相頻特性;能量問題主要是研究能量如何有效地傳輸。微波系統是分布引數電路,必須採用場分析法,但場分析法過於複雜,因此需要一種簡化的分析方法。微波網路法被廣泛運用於微波系統的分析,是一種等效電路法,在分析場分布的基礎上,用路的方法將微波元件等效為電抗或電阻器件,將實際的導波傳輸系統等效為傳輸線,從而將實際的微波系統簡化為微波網路,把場的問題轉化為路的問題來解決。微波網路理論是在低頻網路理論的基礎上發展起來的,低頻電路分析是微波電路分析的乙個特殊情況。一般地,對於乙個網路有y、z和s引數可用來測量和分析,y稱為導納引數,z稱為阻抗引數,s稱為散射引數;前兩個引數主要用於集總電路,z和y引數對於集總引數電路分析非常有效,各引數可以很方便的測試;但是在微波系統中,由於確定非tem波電壓、電流非常困難,而且在微波頻率測量電壓和電流也存在實際困難。因此,在處理高頻網路時,等效電壓和電流以及有關的阻抗和導納引數變得較抽象。與直接測量入射、反射及傳輸波概念更加一致的表示是散射引數,即s引數矩陣,它更適合於分布引數電路。s引數就是建立在入射波、反射波關係基礎上的網路引數,適於微波電路分析,以器件埠的反射訊號以及從該埠傳向另一端口的訊號來描述電路網路。同n埠網路的阻抗和導納矩陣那樣,用散射矩陣亦能對n埠網路進行完善的描述。阻抗和導納矩陣反映了埠的總電壓和電流的關係,而散射矩陣是反映埠的入射電壓波和反射電壓波的關係。散射參量可以直接用網路分析儀測量得到,可以用網路分析技術來計算。只要知道網路的散射參量,就可以將它變換成其它矩陣參量。 

下面以二埠網路為例說明各個s引數的含義,如上圖所示。二埠網路有四個s引數,sij代表的意思是能量從j口注入,在i口測得的能量,如s11定義為從 port1口反射的能量與輸入能量比值的平方根,也經常被簡化為等效反射電壓和等效入射電壓的比值,各引數的物理含義和特殊網路的特性如下:

s11:埠2匹配時,埠1的反射係數;

s22:埠1匹配時,埠2的反射係數;

s12:埠1匹配時,埠2到埠1的反向傳輸係數;

s21:埠2匹配時,埠1到埠2的正向傳輸係數;

對於互易網路,有:s12=s21;

對於對稱網路,有:s11=s22 ;

對於無耗網路,有:(s11)2+(s12)2=1 ;

我們經常用到的單根傳輸線,或乙個過孔,就可以等效成乙個二埠網路,一端接輸入訊號,另一端接輸出訊號,如果以port1作為訊號的輸入埠, port2作為訊號的輸出埠,那麼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到目的端(port2)了,這個值越大越好,理想值是1,即0db,s21越大傳輸的效率越高,一般建議s21>0.7,即-3db。

s引數在工程測試和理論計算中都得到廣泛採用。

一般利用各種引數 (h, y, z, s) 來對器件進行描述:

1、器件的線性模型

2、反映器件在不同頻率和阻抗端接情況下工作效能

3、通過測試來對器件進行建模

4、通過計算對器件進行匹配,阻抗變化等處理

在某些應用中採用器件引數可通過轉換由s引數得到.

利用s參的優點如下:

1、概念與器件效能指標對應

2、方便複雜系統分析

3、完整反映被測器件效能

4、便於建立器件數學模型

5、級連系統的s引數計算

6、便於匯出 h, y, 或 z 等引數

7、eda 設計軟體的資料格式

s引數可全面直觀表示乙個器件(系統)的效能指標:

對於20db衰減器,20db為功率對數表示,轉換為相應線性電壓表示為:0.1。

輸入端駐波比1.2,轉換為反射係數為0.09。

當然s引數應包含相位資訊,對於象衰減器這樣的互易器件,其s12=s21。

微波電晶體是非互易器件,其s引數隨頻率及工作電平變化很大。 器件的生產廠商應提供各頻率範圍內及直流偏置條件下s引數數值。

圖1   s引數的定義

下面以所埠器件為例,介紹s引數的數學定義。

s參雙埠器件的s引數包含四個引數(n埠器件s引數包含n^2個引數)。s引數的定義是基於訊號電壓比值的引數,所以s引數為向量。

s引數下標註的意義是:第乙個數字代表訊號輸出埠,第二個數字代表訊號輸入端。sab:表示被測件埠b到埠a的傳輸係數。

例:被測件輸入端為:1埠;輸出端:2埠:

s11:當被測件輸出端接匹配負載時,輸入端反射係數;

s21:當被測件輸出端接匹配負載時,器件 埠1þ埠2傳輸係數。

圖2  s引數的公式

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格式化數值 有時,我們可能需要將數值以一定的格式來呈現,就需要對數值進行格式化。我們使用格式字串指定格式。格式字串採用以下形式 axx,其中 a 為格式說明符,指定格式化型別,xx 為精度說明符,控制格式化輸出的有效位數或小數字數。格式說明符 說明 示例 輸出 c 貨幣 2.5.tostring c...