Что такое s параметры свч

Содержание
  1. Что такое s параметры свч
  2. S параметры
  3. Вид матрицы
  4. Метод анализа линейных СВЧ устройств с помощью S-параметров
  5. Полезное
  6. Смотреть что такое «S параметры» в других словарях:
  7. Эффективное использование S-параметров. Эммулирование поведения электронных компонентов на определенных частотах
  8. S-параметры сигналов высокого уровня
  9. СОДЕРЖАНИЕ
  10. Задний план
  11. Матрица S-параметров мощности волны
  12. Определение
  13. Взаимность
  14. Сети без потерь
  15. Сети с потерями
  16. Двухпортовые S-параметры
  17. Свойства S-параметров 2-портовых сетей
  18. Комплексное линейное усиление
  19. Скалярное линейное усиление
  20. Скалярный логарифмический коэффициент усиления
  21. Вносимая потеря
  22. Входные возвратные потери
  23. Выходные возвратные потери
  24. Обратное усиление и обратная изоляция
  25. Коэффициент отражения
  26. Коэффициент стоячей волны напряжения
  27. 4-портовые S-параметры
  28. 4-портовый смешанный режим S-параметров
  29. S-параметры в конструкции усилителя
  30. Условия нагрузки порта для безоговорочной стабильности усилителя
  31. ρ L <\ displaystyle \ rho _ > значения для (круг стабильности выхода) | ρ в | знак равно 1 <\ displaystyle | \ rho _ <\ text > | = 1> ρ S <\ displaystyle \ rho _ > значения для (круг стабильности входа) | ρ вне | знак равно 1 <\ displaystyle | \ rho _ <\ text > | = 1> Параметры передачи рассеяния Параметры передачи рассеяния или Т-параметры 2-портовой сети выражаются матрицей Т-параметров и тесно связаны с соответствующей матрицей S-параметров. Однако, в отличие от S-параметров, не существует простых физических средств для измерения T-параметров в системе, иногда называемых волнами Юлы. Матрица T-параметра связана с падающими и отраженными нормализованными волнами на каждом из портов следующим образом: Однако их можно определить по-другому, а именно: Обратите внимание, что умножение матриц не коммутативно, поэтому порядок важен. Как и в случае с S-параметрами, T-параметры представляют собой комплексные значения, и между этими двумя типами существует прямое преобразование. Хотя каскадные T-параметры представляют собой простое матричное умножение отдельных T-параметров, преобразование S-параметров каждой сети в соответствующие T-параметры и преобразование каскадных T-параметров обратно в эквивалентные каскадные S-параметры, которые обычно требуются, нетривиально. Однако после завершения операции будут приняты во внимание сложные полноволновые взаимодействия между всеми портами в обоих направлениях. Следующие уравнения обеспечивают преобразование между параметрами S и T для 2-портовых сетей. 1-портовый S-параметры Матрицы S-параметров высшего порядка Например, 3-портовая сеть, такая как 2-полосный разветвитель, будет иметь следующие определения S-параметров Измерение S-параметров S-параметры обычно измеряются с помощью векторного анализатора цепей (ВАЦ). Формат вывода измеренных и скорректированных данных S-параметров Данные теста S-параметра могут быть предоставлены во многих альтернативных форматах, например: в виде списка, в графическом ( диаграмма Смита или полярная диаграмма ). Формат списка Графический (диаграмма Смита) Графический (полярная диаграмма) Любой 2-портовый S-параметр может быть отображен на полярной диаграмме с использованием полярных координат. В любом графическом формате каждый S-параметр на определенной частоте тестирования отображается точкой. Если измерение представляет собой развертку по нескольким частотам, для каждой из них появится точка. Измерение S-параметров однопортовой сети Измерение S-параметров сетей с более чем 2 портами ВАЦ, предназначенные для одновременного измерения S-параметров сетей с более чем двумя портами, возможны, но быстро становятся чрезмерно сложными и дорогими. Обычно их покупка не оправдана, поскольку требуемые измерения могут быть получены с использованием стандартного 2-портового калиброванного векторного анализатора цепей с дополнительными измерениями с последующей правильной интерпретацией полученных результатов. Требуемая матрица S-параметров может быть собрана из последовательных измерений двух портов поэтапно, по два порта одновременно, в каждом случае с подключением неиспользуемых портов к нагрузкам высокого качества, равным импедансу системы. Один из рисков этого подхода заключается в том, что обратные потери или КСВН самих нагрузок должны быть соответствующим образом определены, чтобы быть как можно ближе к идеальным 50 Ом или какому-либо другому номинальному импедансу системы. Для сети с большим количеством портов может возникнуть соблазн из-за стоимости неадекватно указать КСВ нагрузок. Потребуется некоторый анализ, чтобы определить, каким будет наихудший допустимый КСВ для нагрузок. Источник
  32. ρ S <\ displaystyle \ rho _ > значения для (круг стабильности входа) | ρ вне | знак равно 1 <\ displaystyle | \ rho _ <\ text > | = 1> Параметры передачи рассеяния Параметры передачи рассеяния или Т-параметры 2-портовой сети выражаются матрицей Т-параметров и тесно связаны с соответствующей матрицей S-параметров. Однако, в отличие от S-параметров, не существует простых физических средств для измерения T-параметров в системе, иногда называемых волнами Юлы. Матрица T-параметра связана с падающими и отраженными нормализованными волнами на каждом из портов следующим образом: Однако их можно определить по-другому, а именно: Обратите внимание, что умножение матриц не коммутативно, поэтому порядок важен. Как и в случае с S-параметрами, T-параметры представляют собой комплексные значения, и между этими двумя типами существует прямое преобразование. Хотя каскадные T-параметры представляют собой простое матричное умножение отдельных T-параметров, преобразование S-параметров каждой сети в соответствующие T-параметры и преобразование каскадных T-параметров обратно в эквивалентные каскадные S-параметры, которые обычно требуются, нетривиально. Однако после завершения операции будут приняты во внимание сложные полноволновые взаимодействия между всеми портами в обоих направлениях. Следующие уравнения обеспечивают преобразование между параметрами S и T для 2-портовых сетей. 1-портовый S-параметры Матрицы S-параметров высшего порядка Например, 3-портовая сеть, такая как 2-полосный разветвитель, будет иметь следующие определения S-параметров Измерение S-параметров S-параметры обычно измеряются с помощью векторного анализатора цепей (ВАЦ). Формат вывода измеренных и скорректированных данных S-параметров Данные теста S-параметра могут быть предоставлены во многих альтернативных форматах, например: в виде списка, в графическом ( диаграмма Смита или полярная диаграмма ). Формат списка Графический (диаграмма Смита) Графический (полярная диаграмма) Любой 2-портовый S-параметр может быть отображен на полярной диаграмме с использованием полярных координат. В любом графическом формате каждый S-параметр на определенной частоте тестирования отображается точкой. Если измерение представляет собой развертку по нескольким частотам, для каждой из них появится точка. Измерение S-параметров однопортовой сети Измерение S-параметров сетей с более чем 2 портами ВАЦ, предназначенные для одновременного измерения S-параметров сетей с более чем двумя портами, возможны, но быстро становятся чрезмерно сложными и дорогими. Обычно их покупка не оправдана, поскольку требуемые измерения могут быть получены с использованием стандартного 2-портового калиброванного векторного анализатора цепей с дополнительными измерениями с последующей правильной интерпретацией полученных результатов. Требуемая матрица S-параметров может быть собрана из последовательных измерений двух портов поэтапно, по два порта одновременно, в каждом случае с подключением неиспользуемых портов к нагрузкам высокого качества, равным импедансу системы. Один из рисков этого подхода заключается в том, что обратные потери или КСВН самих нагрузок должны быть соответствующим образом определены, чтобы быть как можно ближе к идеальным 50 Ом или какому-либо другому номинальному импедансу системы. Для сети с большим количеством портов может возникнуть соблазн из-за стоимости неадекватно указать КСВ нагрузок. Потребуется некоторый анализ, чтобы определить, каким будет наихудший допустимый КСВ для нагрузок. Источник
  33. Параметры передачи рассеяния
  34. 1-портовый S-параметры
  35. Матрицы S-параметров высшего порядка
  36. Измерение S-параметров
  37. Формат вывода измеренных и скорректированных данных S-параметров
  38. Формат списка
  39. Графический (диаграмма Смита)
  40. Графический (полярная диаграмма)
  41. Измерение S-параметров однопортовой сети
  42. Измерение S-параметров сетей с более чем 2 портами

Что такое s параметры свч

s parameters00Современная радиотехника настолько сложная наука, что она уже давно разделилась на несколько отдельных областей знаний, в которых присутствуют похожие и даже тождественные понятия, которые имеют совершенно разные определения. Это приводит к большой путанице. А если учесть тот факт, что некоторые понятия, например понятие «возвратные потери», имеют определение совершенно противоположное своему названию, то это может не слабо напрячь мозг не только радиолюбителя, но и специалиста. Чем же отличаются такие понятия как коэффициент отражения, «возвратные потери», КСВ, S11? Зачем или скорее почему столько схожих понятий? Попробуем разобраться…

s parameters03Разбираться начнем с S-параметров. Эти параметры были введены как универсальные для анализа любых СВЧ цепей. Такую цепь можно анализировать измеряя падающую и отраженную волны на ее входах/выходах. Связь между этими волнами описывается волновой матрицей рассеяния или матрицей S-параметров, которые зависят от частоты. В общем случае мы можем иметь дело с многополюсником (например СВЧ-сумматор или разветвитель), в котором может присутствовать несколько источников сигнала и несколько нагрузок. Чтобы упростить расчеты, все эти источники и нагрузки заменяются одним понятием — «порт».

Следует отметить, что величина возвратных потерь, выраженная через |S11| всегда меньше единицы (в децибельном выражении всегда отрицательна), ведь отраженная мощность не может превышать падающую. Что логично. Тем не менее, в теории уже давно присутствует понятие с тем же названием RL — «возвратные потери», но определяется оно «вверх тормашками», как отношение падающей мощности к отраженной, и в децибельном выражении величина таких «потерь» всегда положительна. При этом, при КСВ стремящемся к единице такие «возвратные потери» стремятся к бесконечности. У нас идеальный КСВ, а какие то там «потери» просто зашкаливают! Это у кого угодно может вызвать нешуточный разрыв шаблона. На самом деле эта величина характеризует степень ослабления отраженной волны в сравнении с падающей, но какие же это потери/убытки черт возьми! Скорее прибыль. s parameters05Такое вопиющее несоответствие понятия его определению даже отмечено в Википедии, цитата:

From a certain perspective ‘Return Loss’ is a misnomer. The usual function of a transmission line is to convey power from a source to a load with minimal loss. If a transmission line is correctly matched to a load, the reflected power will be zero, no power will be lost due to reflection, and ‘Return Loss’ will be infinite. Conversely if the line is terminated in an open circuit, the reflected power will be equal to the incident power; all of the incident power will be lost in the sense that none of it will be transferred to a load, and RL will be unity. Thus the numerical values of RL tend in the opposite sense to that expected of a ‘loss’. Wikipedia

Данное определение «возвратных потерь» с большим положительным значением более старое, было введено в обиход еще в 60-х годах прошлого века с легкой руки инженеров фирмы Hewlett Packard. Отказаться от старого очень сложно и споры о том какое определение возвратных потерь правильное, первоначальное от Hewlett Packard или более логичное через S11, в инженерной среде не утихают по сей день. Однако в децибельном выражении они отличаются только знаком и многие даже не обращают внимания на эту коллизию.

s parameters04Параметр S21/S12 («transmission coefficient») — это отношение волны на выходе устройства к волне на входе. Модуль параметра S21 в теории СВЧ устройств иногда называют «insertion loss» — вносимые потери. В случае нашего примера с линией передач «insertion loss» — это реальные тепловые потери линии. Тут все совпало. Волна в этом случае на самом деле частично рассеялась при прохождении по линии и ее энергия преобразовалась в тепло. Но так бывает не всегда. Например теми же S-параметрами описываются и свойства СВЧ транзисторов. В этом случае S21 — это коэффициент передачи транзистора, близкий по смыслу к параметру h21 — коэффициенту усиления, а не потерь.

В антенне с одним портом мы имеем дело только с одним параметром — S11 или, иначе говоря, со старым добрым теплым-ламповым коэффициентом отражения. Рассчитав в симуляторе или измерив его векторным анализатором мы однозначно можем вычислить и входной импеданс, и полосу пропускания и КСВ антенны. В двухпортовой MIMO антенне S-параметров уже четыре. Причем S21/S12 в этом случае характеризуют развязку между MIMO портами. Вообще в антенной технике энергия должна идти куда надо, т. е. излучаться в пространство, а не «рассеиваться» где ни попадя и «болтаться в проруби» туда сюда между портами и по линиям передач. Поэтому модуль любого S-параметра антенны должен быть минимальным или в децибельном выражении как можно более отрицательным.

Как видим, радиотехника в широком смысле, в силу своей сложности, разделилась на лоскутный набор узких дисциплин. Инженеры, работающие в отдельной такой дисциплине, придумывают для себя удобное для работы понятие, особо не задумываясь, что оно где то в смежной области уже давно изобретено. В итоге одно и тоже явление в разных дисциплинах описывается разными терминами, либо совершенно разные явления названы одним термином. Как в старой доброй сказке «Королевство кривых зеркал». А куда деваться? Так уже сложилось. Нужно просто «понимать глубину наших глубин».

Источник

S параметры

Вид матрицы

b166a9985d1c34dfc145da31d89cbc0b

Метод анализа линейных СВЧ устройств с помощью S-параметров

Различные типы СВЧ устройств можно описать с помощью падающих и отражённых волн, которые распространяются в подключенных к ним линиях передач. Связь между этими волнами описывается волновой матрицей рассения или матрицей S-параметров.

Свойства многополюсника описываются с помощью N уравнений, связывающих комплексные амплитуды падающих и отражённых волн.

9a67654b75b4021819be1b50197454c5

Полезное

Смотреть что такое «S параметры» в других словарях:

Параметры Тиля — Смолла — «Параметры Тиля Смолла» это набор электроакустических параметров, который определяет поведение динамической головки (динамика) в области низких частот. Эти параметры публикуются в спецификациях производителями как справочные для… … Википедия

Параметры рабочего процесса двигателя — (от греческого parametr(о)n отмеривающий, соразмеряющий) совокупность размерных и безразмерных величин, определяющих состояние рабочего тела в характерных сечениях газовоздушного тракта двигателя. С учётом кпд элементов, характеризующих… … Энциклопедия техники

Параметры технического состояния — Параметры, характеризующие надежную и безопасную эксплуатацию сосуда, установленные нормативно технической и (или) конструкторской (проектной) документацией Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

параметры заторможенного потока — параметры торможения Термодинамические параметры газа, устанавливающиеся при обратимом адиабатном торможении потока до скорости, равной нулю. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 103. Термодинамика. Академия наук СССР. Комитет научно… … Справочник технического переводчика

Параметры короткого замыкания электротехнического изделия — 81 Источник: ГОСТ 18311 80: Изделия электротехнические. Термины и определения основных понятий оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Параметры холостого хода электротехнического изделия — 80 Источник: ГОСТ 18311 80: Изделия электротехнические. Термины и определения основных понятий оригинал документа … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ — (термодинамические параметры), физ. величины, характеризующие состояние термодинамич. системы: темп pa, давление, уд. объём, намагниченность, электрич. поляризация и др. Различают э к с т е н с и в н ы е П. с., пропорц. массе системы, и и н т е н … Физическая энциклопедия

Параметры обыкновенных акций — текущая рыночная цена; дивиденд; дивидендная процентная ставка; количество выплат дивидендов в году; действительная стоимость; текущая доходность; волатильностью рыночной цены акции. См. также: Параметры обыкновенных акций Финансовые показатели… … Финансовый словарь

Параметры геологических объектов (геологические параметры) — Параметры геологических объектов (геологические параметры): количественные характеристики состава, свойств, размеров и пространственного положения геологических объектов. Источник: ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ.… … Официальная терминология

параметры заторможенного потока — параметры заторможенного потока; параметры торможения Параметры газа в результате его адиабатного торможения до скорости, равной нулю … Политехнический терминологический толковый словарь

Источник

Эффективное использование S-параметров. Эммулирование поведения электронных компонентов на определенных частотах

Одним из основных инструментов процесса разработки радиоэлектроники является использование измерений S-параметров. Эти измерения можно использовать в современных средствах автоматизированного проектирования радиоэлектроники (CAD) в качестве составной части процесса моделирования цепей. S-параметры описывают компонент в виде «черного ящика» и используются для эмулирования поведения электронных компонентов на определенных частотах. Существует много возможностей использования S-параметров в разработке и анализе цепей как с активными, так и с пассивными компонентами. Задача данной статьи — показать, как можно интегрировать S-параметры в процесс разработки с использованием CAD-систем.

S-параметры использовались для моделирования цепей буквально со времени своего появления. Практически всегда их можно применять при использовании методов синтеза и анализа, ориентированных на разработку ВЧ и СВЧ электроники. Во многих средствах моделирования есть блоки S-параметров, в которых можно задать значение каждого параметра отдельно. Рассмотрим пример, демонстрирующий, как можно использовать S-параметры для разработки малошумящего усилителя (МШУ).

S-параметры обеспечивают значения, требующиеся для таких видов анализа, как Stability and Gain Circles (круговые диаграммы стабильности и усиления). Однако для разработки МШУ потребуются также параметры малосигнального шума, такие как Nfmin, Sopt и Rn, для того, чтобы круговые диаграммы шума при каждом конкретном коэффициенте шума можно было построить в среде проектирования. Набор S-параметров и параметров шума, измеренных на частоте 1 ГГц, показаны в таблице.

164t1 2

В данной статье для всех примеров моделирования использовалась среда разработки ADS (Advanced Design System) от Agilent Technologies. На рис. 1 показана схема с отмеченными на ней S-параметрами и параметрами шума.

164p1 3

После запуска моделирования с данными можно работать в режиме пост-обработки, чтобы получить нужную информацию для разработки МШУ, как это показано на рис. 2.

164p2 3

Этот пример анализа показывает большие возможности и гибкость использования S-параметров. Это очень полезно при проектировании, так как S-параметры можно измерить с помощью векторного анализатора цепей VNA (Vector Network Analyzer), а затем использовать в проектировании. Чтобы еще полнее использовать данную возможность, можно сохранить измеренные S-параметры по частоте в файле с форматом, который способна использовать среда проектирования. Есть два формата данных, которые можно записать с помощью VNA и использовать в среде ADS — citifile и touchstone [1]. Этот подход дает большую гибкость, чем просто S-параметры в одной точке. Обычно на устройства, для которых не существует компактной или SPICE-модели, у разработчиков есть данные, которые они получают либо от производителей компонентов, либо из лабораторий по тестированию. В этой статье упор делается на формат touchstone, поскольку он более распространен, чем citifile.

Разработчики могут найти большое количество результатов измерения S-параметров на сайтах производителей в Интернете. Кроме того, у них могут быть даже результаты измерений, производившихся их собственной компанией. В принципе, это лучше, чем ничего. Однако проблема в том, что они были измерены в условиях, отличающихся от тех, для которых предназначена разработка. И это может внести в процесс моделирования значительные ошибки. Например, конденсатор может иметь различные значения резонансной частоты на различных типах печатных плат из-за характеристик монтажных площадок и самой печатной платы (например, толщины, диэлектрической постоянной и т. д.). Те же проблемы обнаруживаются и у полупроводниковых приборов (таких как транзистор в МШУ). Чтобы избежать этих проблем, необходимо проводить лабораторные измерения с установкой компонентов на печатную плату того типа, который будет использоваться в производстве.

Еще одна проблема с файлами touchstone возникает, когда пользователи пытаются запустить моделирование на частотах, находящихся вне диапазона, предусмотренного в файле данных. ПО может либо экстраполировать данные, либо остановить моделирование. Существует два популярных метода экстраполяции: использование ближайшей точки данных, в которой значение известно (константная экстраполяция) или использование двух ближайших известных точек данных и осуществление линейной экстраполяции. Оба метода являются аппроксимирующими, что при неверном использовании данного метода может вызывать серьезные ошибки и даже проблемы со сходимостью моделирования. (См. два примера на рис. 3.)

164p3 3

Оба файла данных на рис. 3 содержат данные для частот от 50 МГц до 6 ГГц. Обратите внимание — на результатах измерения параметров катушки индуктивности линейная экстраполяция создала точку изгиба на частоте в 50 МГц, что, как мы знаем, некорректно в соответствии с ожидаемым поведением катушки. Результаты линейной экстраполяции данных ПАВ-фильтра показывают усиление в 8,5 ГГц, что невозможно для пассивного устройства. Пользователю необходимо принимать во внимание тот частотный диапазон, который он может использовать — он описан в touchstone-файле. Это снизит вероятность некорректной экстраполяции.

Еще одним важным аспектом использования файлов данных S-параметров является то, что средство моделирования должно иметь возможность интерполяции внутри диапазона имеющихся данных. Однако бывают случаи, когда некоторые участки графика характеристик требуют более плотного размещения точек данных, иначе можно полностью упустить некоторые важные аспекты характеристики (например, высокодобротный резонансный контур). В этом случае разработчик может произвести измерения в широкой полосе, а затем сфокусироваться на узкой полосе, которая его интересует, чтобы осуществить второе измерение с большим разрешением по частоте, а потом вручную совместить эти файлы. Сами файлы являются файлами данных в формате ASCII, и их можно редактировать в любом текстовом редакторе.

S-параметры сигналов высокого уровня

Данная статья подразумевает, что S-параметры по своей природе линейны. Для пользователя CAD это означает, что описываемое ими устройство либо является пассивным, либо будет восприниматься средой проектирования как работающее в линейной области характеристики. Следовательно, при анализе S-параметров, даже в условиях нагрузки сигналами высокого уровня, выходной сигнал не будет содержать гармонических искажений. Насколько эффективны эти S-параметры «высокого уровня» при проектировании? Когда нет других моделей, S-параметры предоставляют описание типа «черного ящика» даже для анализа сигналов высокого уровня.

Частью преимущества по использованию S-параметров для анализа сигналов высокого уровня является наличие файла данных, который содержит измеренные S-параметры как функцию от мощности и частоты (также называемые S-параметрами сигналов высокого уровня). В среде ADS это реализовано в виде P2D-файла. P2D-файл вызывается специальным компонентом среды моделирования, называемым AmplifierP2D. Для сигналов высокого уровня предпочтительнее использовать именно P2D-файл, а не обычный файл touchstone, так как touchstone предназначен для одиночного уровня мощности сигнала низкого уровня, в то время как в файле P2D содержатся S-параметры по частоте и мощности. P2D-файл создается программным обеспечением. Другими словами, программная среда предоставляет возможность управления контрольно-измерительным оборудованием и создания P2D файла. Этот файл также может быть создан на основании результатов моделирования.

Теперь предлагается взглянуть на несколько примеров, чтобы проиллюстрировать полезность моделей данных P2D. Сначала мы проанализируем выходную мощность усилителя мощности в сравнении с входной при фиксированной частоте входного сигнала, как показано на рис. 4а. Файл P2D можно использовать также для моделирования выходной мощности в сравнении с частотой, как показано на рис. 4б (при фиксированной входной мощности).

164p4 3

Еще одно применение файлов P2D и touchstone — это анализ на системном уровне. Например, можно узнать, что произойдет с выходным сигналом после соединения вышеописанного усилителя мощности с диплексером (который представлен файлом touchstone). Цепь и результаты анализа показаны на рис. 5.

164p5 3

Эти файлы данных можно также использовать с моделированными источниками сигналов в средстве Circuit Envelope. Файл P2D — это мгновенный снимок производительности тестируемого устройства с нагрузкой однотоновым сигналом и условно считается настроенной моделью. Это значит, что при использовании компонента AmplifierP2D в среде ADS есть возможность получить S-параметры на частоте, указанной на компоненте (помните — на выходе нет гармоник). Следовательно, очень широкая полоса модуляции может вызвать значительные ошибки, особенно если измерения в смежных каналах также представляют интерес. Например, график на рис. 6 показывает выходную мощность несущей, которая входит в P2D-модель и дискретную модель цепи. Заметьте, что внутри полосы модуляции эти графики практически идентичны, а по мере того, как сигнал уходит дальше от несущей частоты, их спектральные плотности начинают отличаться.

164p6 2

Еще одним важным преимуществом использования файлов P2D является ранний доступ к параметру производительности проекта. На ранних этапах проекта системному инженеру может потребоваться информация о запасе энергетического потенциала линии связи, а значит, ему нужно знать проектную производительность усилителя мощности. Обычно используется параметр из спецификации (например, усиление в точке IP3 и т. д.). Этот метод долгое время оставался основным, но что если, используя один-единственный файл, мы сможем получить доступ к реально измеренной производительности, которую можно включить в анализ? Это является примером того, как файл P2D может дать гораздо более высокий уровень точности, чем значение, указанное в спецификации. Еще одно возможное применение P2D касается защиты интеллектуальной собственности. Файлы P2D и touchstone можно сгенерировать прямо в среде моделирования. Значит, в течение производственного цикла производитель может предоставить данные, на основании которых команда системных разработчиков или клиент могут без производства реального устройства понять, насколько предлагаемая разработка соответствует остальным требованиям системы.

Точность данных в файлах моделей важна для успешного завершения всего проекта. Данные, основанные на результатах реальных измерений, точны настолько, насколько точными были сами измерения, и должны наиболее точно имитировать условия, существующие в реальной системе (смещение, температура и т. д.). Важно помнить, что цепи с параметрами, изменяющимися во времени, (например, цикл контроля мощности) или с сильными эффектами памяти не захватываются и не включаются в P2D-модель.

Понимание того, как можно использовать файлы P2D и touchstone, очень полезно для осуществления цикла разработки ВЧ-цепей. Файлы P2D также дают дополнительное увеличение скорости моделирования. Использование моделей P2D может на несколько порядков ускорить моделирование очень сложных проектов по сравнению с дискретной разработкой благодаря наличию таблицы поиска в P2D-файле.

Источник

Параметры рассеяния или S-параметры (элементы матрицы рассеяния или S-матрицы ) описывают электрическое поведение линейных электрических сетей при воздействии различных устойчивых стимулов электрическими сигналами.

S-параметры легко представлены в матричной форме и подчиняются правилам матричной алгебры.

СОДЕРЖАНИЕ

Задний план

Первое опубликованное описание S-параметров было в диссертации Витольда Белевича в 1945 году. Имя, использованное Белевичем, было « матрица передела» и ограничивалось рассмотрением сетей с сосредоточенными элементами. Термин « матрица рассеяния» был использован физиком и инженером Робертом Генри Дике в 1947 году, который независимо развил эту идею во время работы над радаром во время войны. В этих S-параметрах и матрицах рассеяния рассеянные волны представляют собой так называемые бегущие волны. Другой вид S-параметров был введен в 1960-х годах. Последний был популяризирован Канеюки Курокава, который назвал новые рассеянные волны «волнами мощности». Два типа S-параметров имеют очень разные свойства, и их нельзя смешивать. В своей основополагающей статье Курокава четко различает S-параметры мощной волны и обычные S-параметры бегущей волны. Вариантом последнего являются S-параметры псевдобегущей волны.

Следующая информация должна быть определена при указании набора S-параметров:

Матрица S-параметров мощности волны

Определение

Курокава определяет падающую волну мощности для каждого порта как

и отраженная волна для каждого порта определяется как

Иногда полезно предположить, что эталонный импеданс одинаков для всех портов, и в этом случае определения падающей и отраженной волн можно упростить до

Или используя явные компоненты:

Взаимность

Однако свойство 3-портовых сетей состоит в том, что они не могут быть одновременно взаимными, без потерь и идеально согласованными.

Сети без потерь

Сети с потерями

Двухпортовые S-параметры

540px TwoPortNetworkScatteringAmplitudes.svg

Матрица S-параметров для 2-портовой сети, вероятно, является наиболее часто используемой и служит основным строительным блоком для создания матриц более высокого порядка для более крупных сетей. В этом случае соотношение между отраженными, падающими волнами мощности и матрицей S-параметров определяется следующим образом:

Раскладывание матриц в уравнения дает:

2-портовые S-параметры имеют следующие общие описания:

Используя это, вышеуказанная матрица может быть расширена более практичным образом.

Свойства S-параметров 2-портовых сетей

Комплексное линейное усиление

Комплексный линейный коэффициент усиления G определяется выражением

Скалярное линейное усиление

Скалярное линейное усиление (или величина линейного усиления) определяется выражением

Это представляет собой величину усиления (абсолютное значение), отношение выходной волны мощности к входной мощности волны, и оно равно квадратному корню из коэффициента усиления мощности. Это действительная (или скалярная) величина, при этом информация о фазе опускается.

Скалярный логарифмический коэффициент усиления

Скалярное логарифмическое (децибел или дБ) выражение для усиления (g):

Вносимая потеря

В случае, если два измерительных порта используют один и тот же опорный импеданс, вносимые потери ( IL ) являются обратной величиной коэффициента передачи | S 21 | выражается в децибелах. Таким образом, это определяется:

Это дополнительные потери, возникающие при размещении испытуемого устройства (ИУ) между двумя эталонными плоскостями измерения. Дополнительные потери могут быть вызваны собственными потерями в DUT и / или несоответствием. В случае дополнительных потерь вносимые потери считаются положительными. Отрицательное значение вносимых потерь, выраженное в децибелах, определяется как вносимое усиление и равно скалярному логарифмическому усилению (см. Определение выше).

Входные возвратные потери

Обратные потери на входе ( RL in ) можно рассматривать как меру того, насколько близко фактическое входное сопротивление сети к номинальному значению полного сопротивления системы. Входные возвратные потери, выраженные в децибелах, выражаются как

Выходные возвратные потери

Возвратные потери на выходе ( RL out ) имеют такое же определение, как и возвратные потери на входе, но применяются к выходному порту (порт 2), а не к входному порту. Это дается

Обратное усиление и обратная изоляция

Скалярное логарифмическое (децибел или дБ) выражение для обратного усиления ( ): г р е v <\ displaystyle g _ <\ mathrm > \,> svg

г р е v знак равно 20 бревно 10 ⁡ | S 12 | <\ displaystyle g _ <\ mathrm > = 20 \ log _ <10>\ left | S_ <12>\ right | \,> svgдБ.

Часто это выражается как обратная изоляция ( ), и в этом случае она становится положительной величиной, равной величине, и выражение принимает следующий вид: я р е v <\ displaystyle I _ <\ mathrm > \,> svgг р е v <\ displaystyle g _ <\ mathrm > \,> svg

я р е v знак равно | г р е v | знак равно | 20 бревно 10 ⁡ | S 12 | | <\ displaystyle I _ <\ mathrm > = \ left | g _ <\ mathrm > \ right | = \ left | 20 \ log _ <10>\ left | S_ <12>\ right | \ right | \,> svgдБ.

Коэффициент отражения

Коэффициенты отражения являются комплексными величинами и могут быть графически представлены на полярных диаграммах или диаграммах Смита.

Коэффициент стоячей волны напряжения

На входном порте КСВН ( ) определяется как s я п <\ displaystyle s _ <\ mathrm > \,> svg

На выходном порте КСВН ( ) определяется как s о ты т <\ displaystyle s _ <\ mathrm > \,> svg

4-портовые S-параметры

4 параметра порта S используются для характеристики 4-портовой сети. Они включают информацию об отраженных и падающих волнах мощности между 4 портами сети.

Они обычно используются для анализа пары связанных линий передачи для определения количества перекрестных помех между ними, если они управляются двумя отдельными несимметричными сигналами, или отраженной и падающей мощности дифференциального сигнала, проходящего через них. Многие спецификации высокоскоростных дифференциальных сигналов определяют канал связи с точки зрения 4-портовых S-параметров, например, 10-гигабитный интерфейс присоединяемых устройств (XAUI), системы SATA, PCI-X и InfiniBand.

4-портовый смешанный режим S-параметров

4-портовые S-параметры смешанного режима характеризуют 4-портовую сеть с точки зрения реакции сети на синфазные и дифференциальные стимулирующие сигналы. В следующей таблице показаны 4-портовые S-параметры смешанного режима.

4-портовый смешанный режим S-параметров

Стимул
Дифференциальный Синфазный
Порт 1 Порт 2 Порт 1 Порт 2
Ответ Дифференциальный Порт 1 SDD11 SDD12 SDC11 SDC12
Порт 2 SDD21 SDD22 SDC21 SDC22
Синфазный Порт 1 SCD11 SCD12 SCC11 SCC12
Порт 2 SCD21 SCD22 SCC21 SCC22

Первый квадрант определяется как верхние левые 4 параметра, описывающие дифференциальный стимул и характеристики дифференциального отклика тестируемого устройства. Это фактический режим работы для большинства высокоскоростных дифференциальных межсоединений и квадрант, которому уделяется наибольшее внимание. Он включает в себя входные дифференциальные возвратные потери (SDD11), входные дифференциальные вносимые потери (SDD21), выходные дифференциальные возвратные потери (SDD22) и выходные дифференциальные вносимые потери (SDD12). Некоторые преимущества дифференциальной обработки сигналов:

Четвертый квадрант представляет собой четыре нижних правых параметра и описывает рабочие характеристики синфазного сигнала SCCab, распространяющегося через тестируемое устройство. Для правильно спроектированного дифференциального устройства SDDab должен быть минимальный синфазный выход SCCab. Однако данные четвертого квадранта отклика синфазного сигнала являются мерой отклика синфазной передачи и используются в соотношении с откликом дифференциальной передачи для определения отклонения сетевого синфазного сигнала. Это подавление синфазного сигнала является важным преимуществом обработки дифференциального сигнала и может быть уменьшено до одного в некоторых реализациях дифференциальной схемы.

S-параметры в конструкции усилителя

Условия нагрузки порта для безоговорочной стабильности усилителя

Усилитель является безусловно стабильным, если можно подключить нагрузку или источник с любым коэффициентом отражения, не вызывая нестабильности. Это условие возникает, если значения коэффициентов отражения на источнике, нагрузке и на входных и выходных портах усилителя одновременно меньше единицы. Важное требование, которое часто упускается из виду, заключается в том, чтобы усилитель был линейной сетью без полюсов в правой полуплоскости. Нестабильность может вызвать серьезные искажения частотной характеристики усиления усилителя или, в крайнем случае, колебания. Чтобы быть безоговорочно стабильным на интересующей частоте, усилитель должен одновременно удовлетворять следующим 4 уравнениям:

ρ L <\ displaystyle \ rho _ > svgзначения для (круг стабильности выхода) | ρ в | знак равно 1 <\ displaystyle | \ rho _ <\ text > | = 1> svg

ρ S <\ displaystyle \ rho _ > svgзначения для (круг стабильности входа) | ρ вне | знак равно 1 <\ displaystyle | \ rho _ <\ text > | = 1> svg

Параметры передачи рассеяния

Параметры передачи рассеяния или Т-параметры 2-портовой сети выражаются матрицей Т-параметров и тесно связаны с соответствующей матрицей S-параметров. Однако, в отличие от S-параметров, не существует простых физических средств для измерения T-параметров в системе, иногда называемых волнами Юлы. Матрица T-параметра связана с падающими и отраженными нормализованными волнами на каждом из портов следующим образом:

Однако их можно определить по-другому, а именно:

Обратите внимание, что умножение матриц не коммутативно, поэтому порядок важен. Как и в случае с S-параметрами, T-параметры представляют собой комплексные значения, и между этими двумя типами существует прямое преобразование. Хотя каскадные T-параметры представляют собой простое матричное умножение отдельных T-параметров, преобразование S-параметров каждой сети в соответствующие T-параметры и преобразование каскадных T-параметров обратно в эквивалентные каскадные S-параметры, которые обычно требуются, нетривиально. Однако после завершения операции будут приняты во внимание сложные полноволновые взаимодействия между всеми портами в обоих направлениях. Следующие уравнения обеспечивают преобразование между параметрами S и T для 2-портовых сетей.

1-портовый S-параметры

Матрицы S-параметров высшего порядка

Например, 3-портовая сеть, такая как 2-полосный разветвитель, будет иметь следующие определения S-параметров

Измерение S-параметров

S-параметры обычно измеряются с помощью векторного анализатора цепей (ВАЦ).

Формат вывода измеренных и скорректированных данных S-параметров

Данные теста S-параметра могут быть предоставлены во многих альтернативных форматах, например: в виде списка, в графическом ( диаграмма Смита или полярная диаграмма ).

Формат списка

Графический (диаграмма Смита)

Графический (полярная диаграмма)

Любой 2-портовый S-параметр может быть отображен на полярной диаграмме с использованием полярных координат.

В любом графическом формате каждый S-параметр на определенной частоте тестирования отображается точкой. Если измерение представляет собой развертку по нескольким частотам, для каждой из них появится точка.

Измерение S-параметров однопортовой сети

Измерение S-параметров сетей с более чем 2 портами

ВАЦ, предназначенные для одновременного измерения S-параметров сетей с более чем двумя портами, возможны, но быстро становятся чрезмерно сложными и дорогими. Обычно их покупка не оправдана, поскольку требуемые измерения могут быть получены с использованием стандартного 2-портового калиброванного векторного анализатора цепей с дополнительными измерениями с последующей правильной интерпретацией полученных результатов. Требуемая матрица S-параметров может быть собрана из последовательных измерений двух портов поэтапно, по два порта одновременно, в каждом случае с подключением неиспользуемых портов к нагрузкам высокого качества, равным импедансу системы. Один из рисков этого подхода заключается в том, что обратные потери или КСВН самих нагрузок должны быть соответствующим образом определены, чтобы быть как можно ближе к идеальным 50 Ом или какому-либо другому номинальному импедансу системы. Для сети с большим количеством портов может возникнуть соблазн из-за стоимости неадекватно указать КСВ нагрузок. Потребуется некоторый анализ, чтобы определить, каким будет наихудший допустимый КСВ для нагрузок.

Источник

Справочник по обустройству дома и дачи
Adblock
detector