矢网分析仪笔记

橘子猪
350 阅读4分钟

参考:

S参数概要 - 单端信号 - 1 - 知乎 (zhihu.com)

前置知识

  • 微波

    • 信号
    • 功率(能量)
      频率分段.jpg
      数字微波发展.jpg

  • 主要被测器件的工作频率?
    微波，是频率范围300MHz~ 3THz的电磁波（1THz=1000GHz），也就是说，波长范围是1米~0.1毫米（光速=波长×频率）。
    微波通信并没有使用微波的全部频率，而是主要使用3GHz-40Ghz这个范围 我们通常说有三大传输系统：光纤通信、微波通信、卫星通信。实际上，卫星通信也是微波通信的一种，只是比较特别而已
    这种类型的电磁波，绕射能力很差，穿透力很差(可以穿透电离层)，在地表传输时，衰减很大，传输距离短(50公里),微波传输几乎只能进行视距传输。什么是视距传输？就是发送天线和接收天线之间没有障碍物阻挡，可以相互“看见”的传输。

  • 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。

  • 引入S参数
    等效电压和电流以及有关的阻抗和导纳参数变得较抽象。因为在高频下,电压和电流很难测量与直接测量入射、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

    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。

    二端口微波网络电路.jpg
    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；

    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。
    S参数即是一种描述电阻在表现为射频特性的高频信号激励下的电气行为的工具
    需要注意的是：S参数是在传输线两端有终端的条件下定义出来的，一般Z0=50ohm。所以，当Reference Impedance of Port的定义不同时，S参数值也不相同，即S参数是基于一指定的Port Z0条件下所得到的结果。

    {b1b2}=[S11S12S21S22]∗{a1a2}\begin{Bmatrix} b1 \\ b2 \end{Bmatrix} = \begin{bmatrix} S11 & S12 \\ S21 & S22 \end{bmatrix} * \begin{Bmatrix} a1 \\ a2 \end{Bmatrix}

    S11：端口2匹配时，端口1的反射系数；
    a2 = 0 => S11 = b1 / a1

    S22：端口1匹配时，端口2的反射系数；
    a1 = 0 => S22 = b2 / a2

    S12：端口1匹配时，端口2到端口1的反向传输系数；
    a1 = 0 => S12 = b1 / a2

    S21：端口2匹配时，端口1到端口2的正向传输系数；
    a2 = 0 => S21 = b2 / a1

    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 ；

  • 反射与传输测量原理.png

编程实践

avatar
文章
阅读
粉丝