我們知道在高頻電路中,我們不能用一個確定的數(shù)值來代表這個元器件的特性,因為隨著頻率的變化其的特性也在發(fā)生變化。也不能讓系統(tǒng)只工作在一個頻率上面。此時直流電路中的歐姆定律概念已經(jīng)失效,現(xiàn)在需要引入網(wǎng)絡(luò)的概念來分析。也就是說在不同的頻率時,電壓和電流不同,他們的比值阻抗也不是一個固定值。來個專業(yè)名詞就是分布參數(shù)電路。
現(xiàn)在天縱檢測(SKYLABS)今天要介紹的主角“S參數(shù)”就正式登場了。在仿真中我們一般都用S參數(shù)來代表無源網(wǎng)絡(luò)。S參數(shù)也被稱為散射參數(shù),適用于分布參數(shù)電路。
下圖非常形象的表示信號的走向。A1是入射的信號,B1是反射的信號,B2是傳輸?shù)男盘枴參數(shù)就是建立在這些信號能量關(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)分析儀測量到,并用網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)計算。
常用的表達式是Sij:意思表達為能量從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的能量的比值的平方根,也經(jīng)常被簡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“黑盒子”,現(xiàn)在只關(guān)心端口能量的數(shù)值。
以一個二端口的例子來分析S參數(shù)的含義:
S11:端口2匹配時,端口1的反射系數(shù)S22:端口1匹配時,端口2的反射系數(shù)
S12:端口1匹配時,端口2到端口1的反向傳輸系數(shù)
S21:端口2匹配時,端口1到端口2的正向傳輸系數(shù)
我們常用的是S11和S21,他們分別表達的意思是:
對于2端口網(wǎng)絡(luò)Port1輸入信號,Port2輸出信號,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,一般S11<0.1(-20dB)。
S21表示插入損耗,即有多少能量傳輸?shù)絇ort2,當(dāng)然越大越好,最大是1,即能量全部傳輸?shù)絧ort2,沒有損耗。一般S21>0.7(-3dB)。
所以,對我們實際工程應(yīng)用中,S11和S21是兩個比較重要的參數(shù),這兩個參數(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。
在實踐中,我們經(jīng)常用到的單根傳輸線或一個過孔,它就可以等效成一個二端口網(wǎng)絡(luò),一端接輸入信號,另一端接輸出信號,所以如果以Port1作為信號的輸入端口,Port2作為信號的輸出端口,那么S11表示的就是這條傳輸線的回波損耗了。