S参数精讲
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s参数阻抗摘要:1.S 参数的定义和意义2.S 参数与阻抗的关系3.S 参数的应用领域正文:1.S 参数的定义和意义S 参数(S-parameters)是一种描述电子器件特性的参数,主要用于表征无源和有源网络中的散射参数。
S 参数是一种广泛应用于微波和射频领域的技术,可以帮助工程师更好地了解和分析电子器件的性能。
在电子学中,阻抗是一个重要的概念,它反映了电路中电流和电压之间的关系。
阻抗可以通过S 参数来描述,S 参数可以描述器件在不同频率下的反射和吸收特性。
通过分析S 参数,工程师可以了解器件的阻抗特性,从而优化电路设计。
2.S 参数与阻抗的关系S 参数与阻抗之间的关系可以通过数学模型来描述。
在微波和射频领域,S 参数通常表示为复数形式,它可以描述器件在特定频率下的阻抗特性。
S 参数的实部和虚部分别表示阻抗的电阻和电感分量。
具体来说,S 参数可以表示为:S11 = 回波损耗+ 反射系数S21 = 传输系数S31 = 吸收系数其中,S11 表示器件输入端的反射系数,S21 表示器件输出端的传输系数,S31 表示器件的吸收系数。
通过分析S 参数,工程师可以了解器件在不同频率下的阻抗特性,从而优化电路设计。
3.S 参数的应用领域S 参数在电子工程领域具有广泛的应用。
它可以用于分析和优化微波和射频电路,如天线、放大器、滤波器和振荡器等。
通过分析S 参数,工程师可以了解器件在不同频率下的性能,从而提高电路的性能和稳定性。
此外,S 参数还可以用于电磁兼容性(EMC)分析。
在EMC 分析中,了解器件的阻抗特性对于减小电磁干扰和提高系统稳定性至关重要。
通过分析S 参数,工程师可以预测和解决电磁兼容性问题,从而提高系统的可靠性和稳定性。
总之,S 参数是一种描述电子器件特性的重要参数,它可以用于分析和优化微波和射频电路。
通过分析S 参数,工程师可以了解器件在不同频率下的阻抗特性,从而提高电路的性能和稳定性。
什么是s参数?s参数的含义?什么是s参数微波网络法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。
微波网络理论在低频网络理论的基础上发展起来,低频电路分析是微波电路分析的一个特殊情况。
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。
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参数对于集中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、电流的困难性,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。
下面以二端口网络为例说明各个S参数的含义,如图所示。
二端口网络有四个S参数,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。
频域s参数引言频域s参数(或称为频率域s参数)是一种在电磁学中常用的参量,用于描述电路和网络中的信号传递特性。
它是一个复数,包括幅度和相位两个方面的信息。
频域s参数经常用于设计和分析射频和微波电路,具有广泛的应用。
什么是频域s参数?频域s参数是指在频域下描述信号输送特性的参量。
它是电压和电流之间的关系,可以用来描述信号在电路或网络中的传输情况。
频域s参数包括两个复数,一是行波幅度s,即信号的衰减和放大情况;二是相位参数s,即信号的相位差情况。
频域s参数的意义频域s参数在射频和微波电路的设计和分析中具有重要的意义。
通过对网络的频域s参数进行测量和分析,可以深入了解电路特性,包括频率响应、增益、带宽等信息。
频域s参数可以帮助工程师在设计电路时进行优化,实现所需的信号传递特性。
频域s参数的计算和表示方法频域s参数可以通过实验测量或仿真计算得到。
在实验中,通常使用网络分析仪来测量频域s参数。
而在仿真中,可以使用各种电磁仿真软件进行计算。
频域s参数通常以矩阵形式表示,其中每个元素表示两个节点之间的传输特性。
下面是一个频域s参数矩阵的示例:Port 1 Port 2Port 1 s11 s12Port 2 s21 s22频域s参数的应用频域s参数在射频和微波电路中有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域:1. 无线通信在无线通信系统中,频域s参数可以用于分析天线和放大器的性能。
通过测量和分析频域s参数,可以优化无线信号传输的质量和范围。
2. 微波电路设计频域s参数在微波电路设计中起着至关重要的作用。
通过对频域s参数的测量和仿真,可以优化微波电路的功率传输、噪声特性和频率响应。
3. 封装和连接器设计在电子设备中,封装和连接器的设计对整个系统的性能具有重要的影响。
频域s参数可以用于评估封装和连接器的插损、回波损耗和误差特性。
4. 天线设计频域s参数在天线设计中也是一个重要的参量。
通过对天线频域s参数的测量和分析,可以优化天线的增益、驻波比和指向性。
一分钟带你快速认识S参数S参数是无线电电路分析的重要工具,它可以用来描述和分析电路的传输特性和稳定性。
S参数主要用于射频和微波领域,常用于设计和测试射频放大器、滤波器、混频器等电路。
S参数是指散射参数(Scattering Parameters),也称为传输参数(Transmission Parameters)。
对于一个线性、时不变的电路,S参数可以用复数矩阵来表示。
一个二端口的电路可以表示为以下形式:V1=S11*I1+S12*I2V2=S21*I1+S22*I2其中V1和V2是电路的两个端口的电压,I1和I2是电流,S11、S12、S21、S22是S参数矩阵的元素。
S参数的四个元素描述了电路的射频特性。
其中,S11描述的是电路的输入端口反射系数,表示输入信号通过电路后在输入端口被反射回来的程度。
S22描述的是电路的输出端口反射系数,表示输出信号通过电路后在输出端口被反射回来的程度。
S21描述的是电路的传输系数,表示输入信号能够经过电路传输到输出端口的程度。
S12描述的是电路的转移系数,即表示输出信号在经过电路后传输到输入端口的程度。
S参数的值是复数形式的,因此可以包含幅度和相位信息。
幅度表示信号的衰减或放大程度,而相位表示信号的相对相位差。
使用S参数可以进行电路参数的计算和仿真。
通过测量或仿真得到电路的S参数,可以进一步计算得到其他重要参数,如增益、带宽、稳定性等。
S参数还可以用于判断电路的稳定性,设计稳定的射频放大器。
在实际应用中,可以使用网络分析仪来测量电路的S参数。
网络分析仪可以通过电磁场的模拟或扫描方式,测量出电路在不同频率下的S参数,从而得到电路的传输特性。
总而言之,S参数是射频和微波领域中常用的一种电路特性描述方法。
它可以用复数矩阵表示电路的传输特性和稳定性,为电路的设计和测试提供了重要的工具。
通过S参数的测量和分析,可以更加准确地了解电路的工作情况,提高电路的性能和稳定性。
s参数计算在计算机科学中,s参数(或称散射参数)是用于描述电路元件和系统中电磁波的散射行为的一种参数。
这些参数可以用来衡量电路或系统的输入和输出端口之间的功率传输和反射。
因此,它们在通信和电子设备中扮演着重要角色。
以下是一些与s参数计算相关的参考内容。
1. 基本概念s参数是一个矩阵,通常用S表示,它的元素描述了在电路或系统中一组特定端口之间的功率传输和反射。
这个矩阵的大小取决于电路或系统的端口数量,并且每个元素都具有复数值。
与此相对应的是另一个参数T,用于描述“传输”性能,而不是散射系数。
2. 计算方法s参数计算的方法有很多种,其中一种基本方法是采用网络分析方法。
这种方法中,电路或系统被建模为一个网络,然后通过应用电路理论来计算每个元件的s参数。
这些参数可以根据电路中的通信方式(例如微波、射频或光通信)而变化。
3. 应用领域s参数计算在通信领域有着广泛的应用,通常用于分析和设计天线、放大器和滤波器等电路或系统。
在移动设备和通信设备中,s参数通常用于检验系统的性能,并对其进行优化。
另外,s参数也在雷达、卫星通信和电子游戏控制器等领域中有应用。
4. 电路仿真软件电路仿真是一种可以为电路元件建立模型,然后用来分析和模拟电路行为的技术。
仿真软件通常可以计算s参数。
例如,ADS和Simulink等软件可以用于设计度量电路中的s参数,以及优化电路性能。
5. s参数的限制s参数的计算方法基于线性模型,它只能用于描述线性系统中的电磁波的散射行为。
因此,对于高度非线性或非斯托克斯电路,s参数可能不适用。
实际上,非线性效应通常在高速通信和毫米波天线等技术中具有重要性。
在计算机科学和通信领域,s参数是一种非常有用的参数,可以用来衡量电路或系统中的电磁波的散射行为。
s参数的计算方法有很多种,包括基于网络分析方法的计算。
在各个领域中,s参数都有着广泛的应用,例如天线、放大器和滤波器的设计和优化,以及雷达和卫星通信等技术中的应用。
一篇文章了解S参数在EDA仿真结果中,S参数是一个经常被提及的结果,关于S参数详细内容,其实不管是网上还是教科书都有较规范的介绍,但是大多数并不适用没有EDA背景的读者。
本文就S参数的相关应用背景,具体内容做一下介绍,主要针对没有任何EDA行业背景的朋友,EDA工程师可忽略。
S意为Scatter/Scattering,字面意思为散射。
S参数也就是散射参数。
1.S参数计算方法2.差分线和多端口3.S参数文件1.S参数计算方法:一般书上用电压,电流来描述信号,为了方便理解,这里用能量来描述。
如下图微带线,假设有100单位能量进入端口1,然后从端口2出来。
在传输过程中种种原因,能量并不能全部到达端口2,部分会反射。
情形1:假设有5单位能量反射。
则S参数计算如下:S11 = 5/100=0.05S12 = 95/100 = 0.95S11表示反射比例,学名回波损耗(Return Loss),简写RLS12表示传送到比例,学名插入损耗(Insertion Loss),简写IL对于对称网络: S11=S22S22 = 5/100 = 0.05S21 = 95/100 = 0.95情形2:如果反射值为0.01,则S11=0.01/100=0.0001S12-99.99/100=0.9999因为这种计算数据跨度较大,通常习惯取20*log10(S11),其中log10表示取以10为底的对数,也就是log10(10)=1,单位dB 上述情形1:S11=20*log10(0.05)=-26.021dBS12=20*log10(0.95)=-0.4455dB上述情形2:S11=20*log10(0.0001)=-80dBS12=20*log10(0.9999)=-8.68e-3dB几组dB值对应百分比S11(dB)S11-26 95%-13 80%-10 70%-6 50%-40 99%至此计算出的是一个频点的S参数值。
s参数幅值相位摘要:1.引言2.s 参数的定义与性质3.幅值与相位的关系4.s 参数在通信系统中的应用5.总结正文:1.引言在通信系统中,s 参数是一个重要的概念,它用于描述信号在传输过程中的特性。
s 参数包括幅值和相位两个方面,它们共同决定了信号的传输效果。
本文将详细介绍s 参数的幅值和相位以及它们之间的关系。
2.s 参数的定义与性质s 参数,又称散射参数,是描述传输线或信号传输系统性能的一种参数。
对于一个线性时不变系统,其s 参数可以用以下公式表示:S = A / (1 + jωC)其中,A 表示幅值,ω表示角频率,C 表示传输线的特性阻抗,j 表示虚数单位。
由此可知,s 参数的幅值和相位分别由A 和ωC 决定。
3.幅值与相位的关系s 参数的幅值和相位是紧密相关的。
根据s 参数的定义,我们可以看出,当ωC 增大时,s 参数的相位会相应增大,而幅值减小。
反之,当ωC 减小时,s 参数的相位会减小,幅值增大。
因此,在实际应用中,我们需要根据具体需求调整s 参数的幅值和相位,以达到最佳的传输效果。
4.s 参数在通信系统中的应用在通信系统中,s 参数用于描述信号在传输过程中的损耗、相移等特性。
通过对s 参数的分析,我们可以了解到信号在传输过程中可能遇到的衰减、失真等问题,从而采取相应的措施进行改善。
例如,在设计滤波器、放大器等通信设备时,我们需要根据s 参数的要求来选择合适的器件参数,以保证信号的传输质量。
5.总结s 参数是通信系统中描述信号传输特性的重要参数,包括幅值和相位两个方面。
它们之间的关系是相互影响的,我们需要根据实际需求对s 参数进行调整,以达到最佳的传输效果。
内部资料S参数的基本含义S参数(Scattering parameters)是一种用于描述电子元件或电路中电磁波的传输和散射性质的参数,其由四个复数参数(S11、S12、S21、S22)组成。
S参数常用于射频和微波的应用中,用来评估电子元件或电路的性能,并进行系统设计和优化。
具体地,S11参数表示从端口1输入的电磁波在元件中的反向散射功率与输入功率的比例。
这个参数可以用来表示双端口元件的匹配性能,即电磁波从端口1输入后在元件内部是否被完全吸收,而没有散射回端口1、S11越小越好,表示元件的匹配性能越好。
S12参数表示从端口2输出的电磁波与从端口1输入的电磁波的关系。
这个参数可以用来衡量元件的耦合性能,即从一个端口输入的电磁波在另一个端口输出时的转移效率。
S12越大越好,表示从端口1输入的信号能够更有效地传输到端口2S21参数表示从端口1输入的电磁波与从端口2输出的电磁波的关系。
这个参数可以用来描述元件的放大或衰减性能,即信号从一个端口输入到另一个端口时的增益或损耗。
S21越大越好,表示从端口1输入的信号在端口2更大的增益。
S22参数表示从端口2输入的电磁波在元件中的反向散射功率与输入功率的比例。
这个参数用来描述双端口元件的匹配性能,即电磁波从端口2输入后在元件内部是否被完全吸收,而没有散射回端口2、S22越小越好,表示元件的匹配性能越好。
除了这四个基本的S参数,还有其他高阶S参数,用于描述多端口元件或复杂电路的性能。
这些高阶S参数可以提供更详细的性能信息,如多端口间的互相耦合、反射等。
S参数在电子元件和电路设计中起着重要的作用。
通过测量和分析S 参数,可以评估元件或电路的匹配性能、耦合性能、增益损耗等,帮助设计者选择合适的元件、优化电路结构,提高电路的性能和可靠性。
此外,S参数也被广泛应用于无线通信系统中,用于建立模型和优化系统性能。
总结起来,S参数是用来描述电子元件或电路中电磁波的传输和散射特性的复数参数。
图文详细解说S参数前言S 参数是SI与RF领域工程师必备的基础知识,大家很容易从网络或书本上找到S,Y,Z参数的说明,笔者也在多年前写了S参数 -- 基础篇。
但即使如此,在相关领域打滚多年的人,可能还是会被一些问题困扰着。
你懂S参数吗? 请继续往下看...一、个别参数与串联S参数的差别问题1:为何有时候会遇到每一段的S参数个别看都还好,但串起来却很差的情况(loss不是1+1=2的趋势)?Quick answer : 如果每一线段彼此连接处的real port Zo是匹配的,那loss会是累加的趋势,但若每一线段彼此连接处的real port Zo差异很大,那就会看到loss不是累加的趋势,因为串接的接面上会有多增加的反射损失。
下图所示的三条传输线Line1是一条100mm长,特性阻抗设计在50ohm的微带线,左边50mm,右边50mm。
Line2也是一条100mm长的微带线,左边50mm维持特性阻抗50ohm,但右边50mm线宽加倍,特性阻抗变小到33。
Line3也是一条100mm长的微带线,左边50mm维持特性阻抗50ohm,但右边50mm线宽加倍,特性阻抗变小到33,且呈135o转折。
观察Line1的S21发现,左右两段的S参数有累加特性观察Line2, Line3的S21发现,整条线的S参数比起左右两段个别看的S参数之累加差一些问题2:为何各别抽BGA与PCB的S参数后,在Designer内串接看总loss,与直接抽BGA+PCB看S参数的结果不同?Quick answer : 这与结构在3D空间上的交互影响,还有下port 位置有时也有影响。
下图所示是两层板BGA封装,放上有完整参考平面的PCB两层板,这是在消费性电子产品很常见的应用条件。
黄色是高速的差动对讯号,其在PCB上走线的部分,有很好的完整参考平面,但在BGA端则完全没有参考平面。
HFSS 3D Layout模拟结果二、双埠S参数对地回路效应的处理问题1:RLC等效电路可以估出讯号线与地回路每一段的RLC特性,但S参数却不行,原因是什么? S参数带有地回路的寄生效应吗?Quick answer : RLC等效电路是terminal base model,而S参数是port base model,后者看的昰一个port的正负两端之间的差值。
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。
微波网络理论在低频网络理论的基础上发展起来,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参数对于集中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、电流的困难性,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。
下面以二端口网络为例说明各个S参数的含义,如图所示。
二端口网络有四个S 参数,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 ;我们经常用到的单根传输线,或一个过孔,就可以等效成一个二端口网络,一端接输入信号,另一端接输出信号,如果以Port1作为信号的输入端口, Port2作为信号的输出端口,那么S11表示的就是回波损耗,即有多少能量被反射回源端(Port1),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,S21越大传输的效率越高,一般建议S21>0.7,即-3dB。
S参数测量是射频设计过程中的基本手段之一。
S参数将元件描述成一个黑盒子,并被用来模拟电子元件在不同频率下的行为。
在有源和无源电路设计和分析中经常会用到S参数。
S参数是RF工程师/SI工程师必须掌握的内容,业界已有多位大师写过关于S参数的文章,即便如此,在相关领域打滚多年的人,可能还是会被一些问题困扰着。
你懂S参数吗? 请继续往下看...台湾同行图文独特讲解!1、简介:从时域与频域评估传输线特性良好的传输线,讯号从一个点传送到另一点的失真(扭曲),必须在一个可接受的程度内。
而如何去衡量传输线互连对讯号的影响,可分别从时域与频域的角度观察。
S参数即是频域特性的观察,其中"S"意指"Scatter",与Y或Z参数,同属双端口网络系统的参数表示。
S参数是在传输线两端有终端的条件下定义出来的,一般这Zo=50奥姆,因为V NA port也是50奥姆终端。
所以,reference impedance of port的定义不同时,S参数值也不同,即S参数是基于一指定的port Zo条件下所得到的。
2. 看一条线的特性:S11、S21看一条线的特性:S11、S21如下图所示,假设port1是讯号输入端,port2是讯号输出端S11表示在port 1量反射损失(return loss),主要是观测发送端看到多大的的讯号反射成份;值越接近0越好(越低越好,一般-25~-40dB),表示传递过程反射(reflection)越小,也称为输入反射系数(Input Reflection Coefficient)。
S21表示讯号从port 1传递到port 2过程的馈入损失(insertion loss),主要是观测接收端的讯号剩多少;值越接近1越好(0dB),表示传递过程损失(loss)越小,也称为顺向穿透系数(Forward Transmission Coefficient)。
3、看两条线的相互关系:S31、S41虽然没有硬性规定1、2、3、4分别要标示在线哪一端,但[Eric Bogatin大师]建议奇数端放左边,且一般表示两条线以上cross-talk交互影响时,才会用到S31。
以上图为例,S31意指Near End Cross-talk (NEXT),S41意指Far End Cross-talk (FEXT).4、看不同模式的讯号成份:SDD、SCC、SCD、SDC以上谈的都是single ended transmission line (one or two line),接着要谈differential pair结构。
5、以史密斯图观察S参数因为S11、S22是反映传输线的reflection,不难理解S11其实也可以直接以反射系数表示。
既然是反射系数,那就可以用史密斯图来观察了,史密斯图可以想做是把直角坐标的Y轴上下尽头拉到X轴最右边所形成水平轴表示实数R,水平轴以上平面表示电感性,水平轴以下平面表示电容性以一条四英寸长,50欧姆的传输线为例,从15M~2GHz的史密斯图,S11会呈现螺旋状往圆心收敛,而这螺旋就是dielectric losses absorb造成,越高频lo ss越大。
6、仿真范例取一条100mm长,线宽7mils、铜厚0.7mils、堆栈高4mils,特性阻抗50奥姆的microstrip,以下方reference plane是否有被slot切开做比对。
Trace1的地回路是完整的,而Trace2的地有一个横切的slot造成地回路不连续。
6.1观察Trace 1的S11、S21:S11从1~5GHz都维持在-35dB以下,表示反射成份很小;S21从1~5GHz都很接近0dB,表示大部分的讯号成份都完整的从port 1传到port 2。
一条良好的传输线,S11、S21会拉蛮开的,随着频率增加彼此才会慢慢靠近一些。
另外,从S11可以很清楚看到由线长所决定的共振频点.一般50歐姆特性阻抗的microstrip on FR4,有效介電限數大約3.0~3.1,可以透過Design/Nexxim得到.6.2观察Trace 2的S11、S21:S11在1GHz以上时,就超过-20dB了,表示反射成份很大;S21与Trace1比较起来,随频率降低的速度也大一倍,表示有较多讯号成份在port 1传到port 2的过程中损耗。
7.问题与讨论7.1 埠端阻抗是如何影响S11参数的?Ans:端口阻抗(referenced impedance, Zport)会影响Zin,进而影响S11 For the transmission line with characteristic impedance Zo, the max. impedance referenced to Zport is Zin=Zo*2/Zport ,S11=(Zin-Zport)/(Zi n+Zport)在HFSS内,上式S11中的Zport以实数考虑(non-conjugate matched load fo r S-parameter),而在Designer或一般电路仿真软件中,上式S11中的Zport 以复数考虑(conjugate matched load for S-parameter)。
在一些天线或wav eguide的应用中,如果埠端阻抗含虚部,而又希望可以在Designer内看到跟H FSS的S参数同样结果,可从以下设定[Tools] \ [Options] \ [Circuit Opti ons],un-check [Use circuit S-parameter definition]。
请注意:这只是S参数埠端定义的不同,结果都是对的,所以不管哪一种定义下,如果转到Y或Z参数(或是从Designer透过dynamic link HFSS)去看,其值是一样的。
7.2 Touchstone file (.snp)跟S-parameter是什么关系?Ans:Touchstone file (.snp)是基于每个频点的S参数,所定义的一种频域模型,其格式如下所示:7.3 为何端口阻抗会影响S参数,但不影响Z参数(Z11)?Ans:Z11=Vi/Iin与埠端阻抗无关。
7.4 除了靠软件,还有其他方法检查Passivity、Causality吗?Ans:如图所示,透过观察TDR\NEXT\FEXT是否在T=0之前有响应。
7.5 史密斯图(Smith Chart)与Causality、Passivity是否有关联性?Ans:有的7.5.1 满足Causality与Passivity传输线的史密斯图,会呈现以顺时针方向往中心螺旋收敛的曲线。
将线长从10mm拉长一倍到20mm,发现越长的线,其Smith Chart中随频率增加而顺时针向中心旋转收敛的步幅也会增加。
把介质loss tangent从0.02改0.06,发现Smith Chart中随频率增加而顺时针向中心旋转的收敛会加快。
顺时针向中心旋转与lossy有关。
7.5.2 满足Causality但a bit violate Passivity传输线的史密斯图,会出现部份频段贴合,没有往中心旋转收敛。
近几年的HFSS性能一直提升,想要用简单的例子搞出non-passivity还不太容易。
本例是四条传输线(.s8p),故意降低mesh performance(放大error perc entage=0.1%),低频DC~0.1GHz刻意不求解,并且使用lossless介质。
7.5.3 non-causality and non-passivity的史密斯图,相对于n*n matrix中不同矩阵区块内的violate程度,曲线可能会折弯 (低频violate passivity 严重,在Smith Chart也看到低频曲线有不规则的折弯),或是不往中心收敛笔者还看不到HFSS产生的non-causal S参数的Smith Chart会逆时针旋转,或其时域响应提前发生的现象。
但可以用Designer内的de-embedded功能产生逆时针旋转的Smith Chart。
8、Reference[1] Chapter1 -- 宜兰大学, 邱建文教授[2] In-Situ De-embedding (ISD) p.6~8 from AtaiTec Corp. (推荐)[3] Power Integrity for I/O Interfaces: With Signal Integrity/ Power IntegrityIn a passive high-speed channel, the speedy way to check for causalit y is to examine the S-parameter Smith Chart. If the data rotate clock wise, it has positive group delay; implying it to be causal. On the o ther hand, if the data rotates counterclockwise, this implies it is n oncausal.[4] 一篇利用Smith Chart补偿Passivity与Causality的专利技术Smith Chart can be used to monitor the passivity and causality of net works under study. For instance, Foster's reaction theorem dictates a general motion in the clockwise direction with frequency for the par ameters of an arbitrary network.[5] touchstone spec. 2.0[6] TS1.0 and TS2.0 (推荐)[7] Converting S-Parameters from 50Ω to 75Ω Impedance[8] Scattering Parameters:Concept, Theory, and Applications[9] RF Matching Design[10] Why have non-causality (推荐)。