射频领域中S参数为何大行其道?

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今天再讲讲,为啥在射频世界里流行的是S参数。这个话题,好像讲过两次。

不过,一回生,二回熟,三回就更熟了嘛。而且,今天看书,正好又看到了,所以就说说。

前几天文章讲过,其实除了S参数,还有其他网络参数的定义,比如Y参数,Z参数,H参数,ABCD参数等等,那为啥这些参数没能拔得头筹呢?为啥S参数搞的这么通用呢,基本上射频工程师,干个啥,都要用到它。

要仿真放大器的外围匹配,需要去官网上下个S参数;想知道LNA的性能,先用矢网测试一下S参数。

要说原因,可能还需要从那些网络产生的定义说起。

毫米波

看一下上面密密麻麻公式中的那么一点蓝,你会发现,当计算这些参数的时候,不是要求电压等于0,就是要求电流等于0,也就是说,要么开路,要么短路。

书上说了,这个开路和短路,在微波毫米波频段处很难做到精确。如果条件难满足,那也就难出来相应参数了。

但是S参数,则又是另外一种定义。

毫米波

请再看一下,图中公式中的那一点点蓝。

也许你会说,这不还是等于0么,ak=0,不就代表要Vk+等于0么,那不还是要短路?

仔细看看,你会发现,在Vn的右上方还有一个+号。

这个+号,表示什么意义呢?

毫米波

在一个端口的参考面上,上面的总电压为Vn,而Vn+则代表入射电压,而Vn-则代表反射电压,两者叠加,形成总电压。

也就是说,上面的Vk+=0,只是说入射电压等于0,并没有说总电压等于0。

这有差别么?差别大了去了!

把上面的i,j具象化,分别取2和1,也就是看看S21,那这个时候,就要求a2=0,a3=0,...,an=0.

毫米波

再看看图中的一点点蓝色,再观察一下an的方向,也就是说,当有信号a1输入时,an都是从负载端反射过来的信号。如果负载匹配,则反射信号an=0。也就是说,条件满足了。

而匹配负载就比较容易实现,宽带高频都没问题。

那还有个问题,公式上,把Vn分解成Vn+和Vn-,那工程中怎么分?

这就用到定向耦合器了,这个也是矢量网络分析仪的核心组成部分。

定向耦合器,有4个端口,分别称为入射端,直通端,隔离端,耦合端,如下图所示。

毫米波

当信号从①输入的时候,在耦合端③上会有信号,不会在④上出现(如果定向耦合器理想);但是当信号从②反射回来的时候,反射信号则又会出现在④端口,而不会在③端口上出现(如果定向耦合器理想)。

写到这,突然觉得射频很有意思。

毫米波

比如说,不是射频人,怎么会知道,这两根弯弯折折的铜皮,做了这么了不起的一项工作。

审核编辑:黄飞

 

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