这一次，为你揭开 S 参数的秘密（三）

alexwang

2 x1 G8 R7 z4 N, l: E

这一次，为你揭开 S 参数的秘密（三）

EDA365原创 作者：汪洋大海

$ \/ }" r- ?, _4 y$ E# I8 Z# f- x4 z
4 B. e& E. Y( _

关于s参数的秘密，大家还记得前两篇说了什么吗？

8 w  g$ d! P, C5 v

都还给老师了是不是？不记得的点下面进去好好看看！

% b( i1 z% t* l/ [  [# ^

这一次，为你揭开 S 参数的秘密（一）

, v4 [- D. j; }1 B  h  O
0 g) s; [1 k0 n) P$ B3 ?

这一次，为你揭开 S 参数的秘密（二）

+ |0 v2 n$ f0 `# _4 J

揭开s参数的秘密第三期：

1、S参数的应用

前面说了那么多，最后终于来到S参数的应用了，我们学习它，就是为了让它为我们服务。

不知道大家忘了没，我们在第一期，什么是S参数的章节中讲到：

& ~& ~, y0 R5 ~+ r
: Y- @' p8 E1 |8 L

S参数是用于描述射频网络频域性能的直接表现。它直接描述了某个频率下射频信号，在射频网络内，端口到端口的传输过程中所发生的电性能的变化！

# d& j5 o' N6 L- @1 p5 w: I
5 [# s0 H0 J( c  _
0 F3 `0 Z- ?; A$ i# s1 l4 D

是的，有了S参数，我们将可以很轻易的知道，射频信号在通过网络以后所发生的变化。

这里用一个移动终端所用双工器的规格书为例，为大家讲解S参数的实际应用。

9 o3 D4 \5 z2 j6 N

如图所示，双工器是一个3端口器件。1端口为TX，2端口为RX，3端口接天线ANT。

( x6 \* ?4 H% P, M3 W6 w9 Z* r  [  j/ w2 E4 j
* C) L$ {( ?. |$ ^# P

发射信号从1端口进入，从3端口输出，而接收信号从3端口进入，从2端口输出。

双工器可以同时起到滤波和信号隔离的作用。我们需要关注它的：

7 k( e: P1 r2 P' l4 Q& s3 w$ ~

S31: 1端口到3端口的传输,即13通路的插损

S23: 3端口到2端口的传输，即32通路插损

S21: 1端口到2端口的传输，即1端口到2端口的能量泄漏

S31，TX到ANT的插入损耗。可以看到，通带频点的损耗很小，而阻带频点的损耗则很大：

% E' v0 C* D' j

S23，ANT到RX的损耗。同样可以看到，通带频点的损耗很小，而阻带频点的损耗则很大：

% L- Q% R8 E  Z- ]5 ^8 R, P! N! g7 e
# \+ z1 U# h( ]4 g0 I
# O/ @4 @) R( l1 F; p5 p0 q

S21，TX到RX的能量泄漏，又叫1端口到2端口的隔离度。我们可以看到，在整个频带范围内，能量泄漏都非常小：

* M9 ~; W8 V+ ?  y. U7 O  D) L0 \2 e7 V- s" v; e" ~7 f# ?
# s0 I1 \% h8 X/ A& a% C

这个三个指标都是传输系数。我们可以看到，在不同的频点下，其S参数的值是不一样的。

2 |; }- [8 L: I

通过S参数的频域扫描，我们可以非常清晰的看到，器件的频率响应。这对于我们比较器件优劣，预期通路增益都可以起到很大的帮助。

' |! w& O, c' O

我们再来看看TX端口的匹配情况，这里分别以VSWR和阻抗圆图为表征。

% A! V9 b: C' z) v  h( H( Z

我们看到，通带内的VSWR非常接近1，这说明阻抗匹配良好，反射很小。

1 R8 H/ _: ?3 B& A3 w. `+ i- |3 |5 }
! }" S6 e8 F" r' T. F+ u3 W

从阻抗圆图，我们也可以看出，通带频点非常靠近圆图中心，即端口阻抗在通带内是接近50欧姆特性阻抗的。

+ T- i  h9 L. |) O( i
' S, l1 ?( f- X5 [6 O, j# v

以上的双工器是一个无源网络，下面让我们再看看有源电路。

下面以一个低噪声放大器，LNA为例做一个简单介绍。

( W1 `4 |& F# q4 r, g+ [) c( v

我们可以看到，这里直接用S21来表征放大器的增益，而用S12来表征放大器的反向隔离度。

. `! I. @' w! k0 M5 B- i5 _: J& l
- B& J+ g. @- _7 s7 h

这里分享一个小知识点：

7 q# F3 }/ M# Z! ]- G, j
6 w; t4 t- k5 M2 {3 A9 j6 N& ~- J! ]% j
8 ^3 \+ D2 P& f& P

如前图所示，厂商用|S21|^2 来表示增益，而大多数厂商是直接用|S21|来表示增益的。

) S1 h( u; W" q

为什么两者会有不同呢？

其实这也涉及的我们前两讲说过的内容，即S参数有多种表现形式，S21用幅度相位的形式表达则为传输系数T, 而用dB表达则为10*lg|S21|^2 = 20* lg|S21|。所以才会有|S21|^2和|S21| 两种不同的表达方式。

9 y& \5 y% d2 i, K3 b
6 N) U! `/ `6 D% o

至于对反向隔离度用1/|S12|^2 来表示则是因为实际对|S12|^2取lg为-23dB，取倒数后才得到后面的23dB的数值。

8 |4 K3 j! p# C/ t

通过对双工器以及LNA的S参数的解析，不知小伙伴们是否对S参数的应用有了一点初步的概念呢？

如果还是没明白，也没关系，后续的公众号内容将会有大量涉及S参数应用的内容，敬请期待。

5 ^" A- A( Q, |0 m! ?
$ k/ K- f8 e& f/ r8 F

2、SNP文件的应用

4 [/ j) S5 W( A$ u/ n' Y9 z6 r

当前的射频电路设计中，计算机辅助仿真设计被大量采用。对于已知S参数的射频网络，我们通常会直接调用其S参数进行仿真计算。

我们在上文中提到的S参数都是图形化界面，无法直接用于仿真计算，有没有一种文件格式可以直接被仿真软件所调用呢？

6 b1 k+ \; k: P0 W- u1 V

为了解决这个问题，安捷伦（现在叫是德）提出了一种Touchstone文件格式，用于规范描述射频网络在给定频域内S参数，因为它是数字化的表现形式，所以可以被仿真软件直接调用。因为此文件的后缀名都是SNP（N代表端口数），所以大家都习惯称之为SNP文件。

, T8 I+ f5 W3 V1 R/ b+ X, j. C

如今，SNP文件已经成为各大仿真软件的通用文件格式了。

( S/ Y7 ]( u$ o* n' Z
0 ^# `0 S% H( M; k# j

SNP 文件可以用来描述S参数，Y参数，Z参数，还有噪声系数指标。

下面例举出几个SNP文件的实际格式。

/ J3 o1 e/ x3 A

这是一个以幅度相位的形式表征的单端口网络：

7 s; n- }2 r( }" \4 e: L
; b0 e* ~8 u: s7 M4 P
+ h6 i5 Y+ l' m' Z5 H1 K

这是一个双端口Z参数文件，以复数的形式来表征：

! G! Z% `, w% O' a& E- u" r, A& i
- S& H/ ?! d* ^. ?1 v( x: D, i; Z2 B, [: N# H0 |8 T

这是一个噪声系数文件，包含有5个信息点。注意，噪声系数文件不能独立存在，必须跟在S,Z,Y,H参数的后面。

8 V( u+ `/ ?4 I, `
+ y, g, X: E1 g$ I2 C
7 b( R/ i& v7 w6 g9 ^

好了，关于SNP文件的介绍到这就结束了。

9 `# I9 }7 i, ?/ ?. B# [, g' O. F& j+ @

我们对于整个S参数的系列介绍，也到此告一段落啦。

小伙伴们如果还有不清楚的内容，欢迎到论坛发帖询问！我们下期再见！

# V6 y9 \+ n% f% j# K


5 j  q% `4 Y" v" I- Z* j8 ^, O! \* U) x/ G' n- I6 i9 t9 _
0 {- n) R8 x3 O9 C6 W

出品丨EDA365

原创作者丨汪洋大海

排版编辑丨阿迟

插画绘制丨弯弯

注：本文为EDA365电子论坛原创文章，未经允许，不得转载。

  |& i! G( \) b7 ]

wiwiwisju

说的很清楚，打通了我的任督二脉。

2682439952

很详细，好好学习天天向上

3threethree

不错

碧落陨上

有点看不懂