Перейти к содержанию

S-параметры

На высоких частотах напряжение и ток в цепи неудобно измерять напрямую, а вот падающую, отражённую и прошедшую волну — удобно. На этом построены S-параметры, которые показывает любой векторный анализатор цепей.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

S-параметры (scattering parameters, параметры рассеяния) — набор комплексных коэффициентов, описывающих линейную ВЧ-цепь через волны, а не через напряжения и токи на выводах. На каждый порт приходит волна a и уходит волна b; S-параметр — отношение выходящей волны к падающей при согласованных остальных портах.

Четыре параметра двухпортовой цепи

Rohde & Schwarz в записке 1MA98 определяет их так:

ПараметрФормулаСмысл
S11b1 / a1входной коэффициент отражения
S21b2 / a1прямой коэффициент передачи
S12b1 / a2обратный коэффициент передачи
S22b2 / a2выходной коэффициент отражения

Волновые величины a и b имеют размерность напряжения, поэтому в децибелах S-параметр пересчитывают как 20 lg|S|. Так получают знакомые величины: |S11| в дБ с обратным знаком — это потери на отражение, по нему же считают КСВ, а |S21| пассивной цепи — её вносимое затухание.

Как их измеряют

Векторный анализатор цепей измеряет падающую, отражённую и прошедшую волны по амплитуде и фазе. NanoVNA, например, измеряет I/Q-сигналы на входе, в отражении и в передаче и вычисляет S11 и S21, а уже из них — комплексное сопротивление, КСВ и потери. Фазу и модуль S11 удобно смотреть на диаграмме Смита. Перед измерением прибор калибруют, иначе в результат войдут кабели и разъёмы.

Где встречаются

S-параметры приводят в даташитах ВЧ-транзисторов, фильтров, антенн и согласующих цепей, а САПР и симуляторы читают их из текстовых файлов Touchstone (s1p, s2p) — NanoVNA умеет такие файлы выгружать. КСВ по коэффициенту отражения можно пересчитать калькулятором КСВ.

Частые вопросы

Почему S11 в децибелах отрицательный?

S11 — отношение отражённой волны к падающей, по модулю оно не больше единицы для пассивной нагрузки. В децибелах 20 lg|S11| поэтому отрицательно: −20 дБ означает, что отражается одна десятая напряжения падающей волны. Потери на отражение (return loss) — то же число со знаком плюс.

Чем S21 отличается от S12?

S21 — передача от порта 1 к порту 2, S12 — в обратную сторону. У пассивной взаимной цепи вроде кабеля или фильтра они равны, а у усилителя S21 — это усиление, а S12 — обратная утечка с выхода на вход, обычно гораздо меньшая.

Можно ли измерить S12 и S22 на NanoVNA?

NanoVNA измеряет только S11 и S21: у него отражение меряется на порту CH0, а передача — от CH0 к CH1. Чтобы получить S22 и S12, устройство переворачивают и повторяют измерение.

Источники

  1. Rohde & Schwarz. dB or not dB? Everything you ever wanted to know about decibels but were afraid to ask (Application Note 1MA98_14e, 9.2024) — разд. 5.6: двухполюсник описывают четырьмя параметрами: S11 — входной коэффициент отражения, S21 — прямой коэффициент передачи, S12 — обратный, S22 — выходной коэффициент отражения; S11 = b1/a1, S21 = b2/a1, S12 = b1/a2, S22 = b2/a2, a и b — волновые величины, имеют размерность напряжения; в децибелах s = 20 lg|S| дБ; разд. 5.7: КСВ и коэффициент отражения, return loss
  2. nanovna.com. About NanoVNA; Start using NanoVNA; Start measurement (перевод руководства cho45) — VNA измеряет частотные характеристики отражённой и прошедшей мощности ВЧ-цепи; NanoVNA измеряет падающий, отражённый и прошедший сигналы I/Q и вычисляет коэффициент отражения S11 и коэффициент передачи S21, из них — потери на отражение, потери прохождения, комплексное сопротивление, КСВ; форматы LOGMAG, PHASE, DELAY, SMITH, SWR, POLAR; руководство NanoVNA-H: экспорт файлов Touchstone (snp)

Нашли ошибку?

Смотрите также