揭開 S 參數(shù)的秘密

關(guān)于s參數(shù)的秘密，大家還記得前兩篇說了什么嗎？

都還給老師了是不是？不記得的點(diǎn)下面進(jìn)去好好看看！

這一次，為你揭開 S 參數(shù)的秘密（一）

這一次，為你揭開 S 參數(shù)的秘密（二）

揭開s參數(shù)的秘密第三期

S參數(shù)的應(yīng)用

前面說了那么多，最后終于來到S參數(shù)的應(yīng)用了，我們學(xué)習(xí)它，就是為了讓它為我們服務(wù)。

不知道大家忘了沒，我們?cè)诘谝黄?，什么是S參數(shù)的章節(jié)中講到：

S參數(shù)是用于描述射頻網(wǎng)絡(luò)頻域性能的直接表現(xiàn)。它直接描述了某個(gè)頻率下射頻信號(hào)，在射頻網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，端口到端口的傳輸過程中所發(fā)生的電性能的變化！

是的，有了S參數(shù)，我們將可以很輕易的知道，射頻信號(hào)在通過網(wǎng)絡(luò)以后所發(fā)生的變化。

這里用一個(gè)移動(dòng)終端所用雙工器的規(guī)格書為例，為大家講解S參數(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

如圖所示，雙工器是一個(gè)3端口器件。1端口為TX，2端口為RX，3端口接天線ANT

發(fā)射信號(hào)從1端口進(jìn)入，從3端口輸出，而接收信號(hào)從3端口進(jìn)入，從2端口輸出。

雙工器可以同時(shí)起到濾波和信號(hào)隔離的作用。我們需要關(guān)注它的：

S31: 1端口到3端口的傳輸,即13通路的插損

S23: 3端口到2端口的傳輸，即32通路插損

S21: 1端口到2端口的傳輸，即1端口到2端口的能量泄漏

S31，TX到ANT的插入損耗。可以看到，通帶頻點(diǎn)的損耗很小，而阻帶頻點(diǎn)的損耗則很大：

S23，ANT到RX的損耗。同樣可以看到，通帶頻點(diǎn)的損耗很小，而阻帶頻點(diǎn)的損耗則很大：

S21，TX到RX的能量泄漏，又叫1端口到2端口的隔離度。我們可以看到，在整個(gè)頻帶范圍內(nèi)，能量泄漏都非常小：

這個(gè)三個(gè)指標(biāo)都是傳輸系數(shù)。我們可以看到，在不同的頻點(diǎn)下，其S參數(shù)的值是不一樣的。

通過S參數(shù)的頻域掃描，我們可以非常清晰的看到，器件的頻率響應(yīng)。這對(duì)于我們比較器件優(yōu)劣，預(yù)期通路增益都可以起到很大的幫助。

我們?cè)賮砜纯碩X端口的匹配情況，這里分別以VSWR和阻抗圓圖為表征。

我們看到，通帶內(nèi)的VSWR非常接近1，這說明阻抗匹配良好，反射很小。

從阻抗圓圖，我們也可以看出，通帶頻點(diǎn)非?？拷鼒A圖中心，即端口阻抗在通帶內(nèi)是接近50歐姆特性阻抗的。

以上的雙工器是一個(gè)無源網(wǎng)絡(luò)，下面讓我們?cè)倏纯从性措娐贰?/p>

下面以一個(gè)低噪聲放大器，LNA為例做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。

我們可以看到，這里直接用S21來表征放大器的增益，而用S12來表征放大器的反向隔離度。

這里分享一個(gè)小知識(shí)點(diǎn)：

如前圖所示，廠商用|S21|^2 來表示增益，而大多數(shù)廠商是直接用|S21|來表示增益的。

為什么兩者會(huì)有不同呢？

其實(shí)這也涉及的我們前兩講說過的內(nèi)容，即S參數(shù)有多種表現(xiàn)形式，S21用幅度相位的形式表達(dá)則為傳輸系數(shù)T, 而用dB表達(dá)則為10*lg|S21|^2 = 20* lg|S21|。所以才會(huì)有|S21|^2和|S21| 兩種不同的表達(dá)方式。

至于對(duì)反向隔離度用1/|S12|^2 來表示則是因?yàn)閷?shí)際對(duì)|S12|^2取lg為-23dB，取倒數(shù)后才得到后面的23dB的數(shù)值。

通過對(duì)雙工器以及LNA的S參數(shù)的解析，不知小伙伴們是否對(duì)S參數(shù)的應(yīng)用有了一點(diǎn)初步的概念呢？

如果還是沒明白，也沒關(guān)系，后續(xù)的公眾號(hào)內(nèi)容將會(huì)有大量涉及S參數(shù)應(yīng)用的內(nèi)容，敬請(qǐng)期待。

SNP文件的應(yīng)用

當(dāng)前的射頻電路設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)輔助仿真設(shè)計(jì)被大量采用。對(duì)于已知S參數(shù)的射頻網(wǎng)絡(luò)，我們通常會(huì)直接調(diào)用其S參數(shù)進(jìn)行仿真計(jì)算。

我們?cè)谏衔闹刑岬降腟參數(shù)都是圖形化界面，無法直接用于仿真計(jì)算，有沒有一種文件格式可以直接被仿真軟件所調(diào)用呢？

為了解決這個(gè)問題，安捷倫（現(xiàn)在叫是德）提出了一種Touchstone文件格式，用于規(guī)范描述射頻網(wǎng)絡(luò)在給定頻域內(nèi)S參數(shù)，因?yàn)樗菙?shù)字化的表現(xiàn)形式，所以可以被仿真軟件直接調(diào)用。因?yàn)榇宋募暮缶Y名都是SNP（N代表端口數(shù)），所以大家都習(xí)慣稱之為SNP文件。

如今，SNP文件已經(jīng)成為各大仿真軟件的通用文件格式了。

SNP 文件可以用來描述S參數(shù)，Y參數(shù)，Z參數(shù)，還有噪聲系數(shù)指標(biāo)。

下面例舉出幾個(gè)SNP文件的實(shí)際格式。

這是一個(gè)以幅度相位的形式表征的單端口網(wǎng)絡(luò)：

這是一個(gè)雙端口Z參數(shù)文件，以復(fù)數(shù)的形式來表征：

這是一個(gè)噪聲系數(shù)文件，包含有5個(gè)信息點(diǎn)。注意，噪聲系數(shù)文件不能獨(dú)立存在，必須跟在S,Z,Y,H參數(shù)的后面。

好了，關(guān)于SNP文件的介紹到這就結(jié)束了。