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網(wǎng)絡(luò)分析儀工作狀態(tài)下的中的散射參數(shù)-云帆興燁

發(fā)表日期:2019/07/29 瀏覽次數(shù):

在低頻電路上常用的Z參數(shù)(開路阻抗參數(shù)),用在射頻通信領(lǐng)域既不符合習(xí)慣,也難以測(cè)量。歸納起來,有三個(gè)重要原因促使我們選擇一種新的參數(shù)來描述電路:(1)大多數(shù)射頻電路不允許端口開路或短路,因?yàn)檫@樣做會(huì)讓電路偏離預(yù)定的工作狀態(tài);(2)波長很短的時(shí)候,即使信號(hào)只傳播很短距離,也會(huì)發(fā)生不可忽視的相位移動(dòng),使測(cè)試計(jì)算變得非常困難;(3)需要有一整套方法,能夠根據(jù)所得到的參數(shù)迅速簡(jiǎn)便的設(shè)計(jì)電路。基于上述原因,散射參數(shù)應(yīng)運(yùn)而生。


散射參數(shù)Scattering Parameters)常被簡(jiǎn)稱為S參數(shù)。和阻抗參數(shù)類似,對(duì)于有兩個(gè)端口的網(wǎng)絡(luò)(例如衰減器)而言,它也包括四個(gè)部分,用Sij表示,其中,i表示待檢測(cè)端口,j表示激勵(lì)信號(hào)的入射端口:

S11:被測(cè)器件(device under testing,簡(jiǎn)稱DUT)的一個(gè)端口對(duì)信號(hào)的反射量,又稱回波損耗;

S21:信號(hào)通過被測(cè)器件時(shí)產(chǎn)生的變化(幅度和相位變化,又稱插損或增益);

S12:信號(hào)以相反方向通過被測(cè)器件時(shí)產(chǎn)生的變化;

S22:被測(cè)器件的另一個(gè)端口對(duì)信號(hào)的反射量。

當(dāng)一個(gè)端口在測(cè)試時(shí)沒有被用到時(shí),應(yīng)接上匹配負(fù)載,于是電路能夠非常接近正常的工作狀態(tài)。測(cè)量散射參數(shù),只需要了解信號(hào)流經(jīng)被測(cè)器件時(shí)產(chǎn)生的變化,同時(shí)又不會(huì)對(duì)電路的正常工作造成影響,因此更加簡(jiǎn)單、直接。后面將要介紹的網(wǎng)絡(luò)分析儀,就是專門測(cè)量散射參數(shù)的裝置。

通過數(shù)學(xué)計(jì)算,散射參數(shù)能夠被轉(zhuǎn)換為其它類型的參數(shù)。

S參數(shù)是歸一化的相對(duì)值

四個(gè)S參數(shù)都代表出射信號(hào)與入射信號(hào)的電壓比(或功率比,在計(jì)算時(shí)應(yīng)統(tǒng)一)。還是用衰減器來舉例,圖(2)中,入射信號(hào)的功率是1W,經(jīng)過待測(cè)器件,輸出0.1W,則S21=0.1/1=0.1。換算成分貝值則為-10dB。于是這支衰減器的衰減量是10dB。這一相對(duì)值又是頻率的函數(shù)。隨著頻率的變化,衰減器的衰減量可能發(fā)生波動(dòng)。把頻率作為橫坐標(biāo),衰減量作為縱坐標(biāo),可以得到幅度——頻率特性圖,簡(jiǎn)稱幅頻特性圖。

有的時(shí)候還需要關(guān)心信號(hào)通過電路以后相位發(fā)生的變化。例如一支天線,給他輸入1W0°的信號(hào),在天線的端口上測(cè)到反射信號(hào)功率為入射信號(hào)的0.5倍(稱為反射系數(shù)),但是反射信號(hào)與入射信號(hào)之間,電壓的相位相差了90度,則天線的S11表示為0.70790°,表明有-3dB的回波損耗,且相位滯后90度。


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