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射频工程师必知必会——S Parameter

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前面的文章中我们介绍了微波传输线的一些特性,比如长线效应和分布参数。微波传输线的任何一个特征都应该留意,要不不一定能产生什么样的火花,遭受什么样的磨难。那么在分析微波器件或者任何一部分微波结构时,我们习惯把它看作一个“黑盒子”。我们不去探究盒子里面的东西,我们只要知道它的接口参数就能够分析出整个微波系统的作用。如下图所示,这个黑盒子可以是一段微波传输线,可以是一个微波器件,可以是无源器件也可以是有源器件。

那对于这个黑盒子,我们需要知道它的哪些参数呢?射频人为了更快捷,方便的分析这个黑盒子,为它设置了一系列的特性参数。这些参数分别是:阻抗参数Z,导纳参数Y,散射参数S,传输参数T/ABCD。这些参数都可以来表示一个黑盒子的特性,他们之间的关系我们慢慢来学习。
今天我们来学习一下,射频工程师最常用的一个微波网络参数——S parameter,散射参数S。其实很多人可能只知道S参数,但忘记了它真正的名字时散射参数,这个S就是散射 Scattering 的首字母S。那它为什么叫做散射参数呢?他有多么散?就是下面这么散。

这么散怎么搞?我们先看一个最简单的微波网络——二端口网络。如下图所示,中间的黑盒子是一个两端口的微波器件或者微波网络。两个端口分别为端口1 和端口2 .微波信号从黑盒子的两个端口进去,同时也有微波信号从黑盒子的两个端口出来。进去的信号分别为a1和a2,出来的信号分别为b1和b2. 这个描述黑盒子信号出来/进去的参数就叫做散射参数S。
那么用这个S参数就可以描述这个黑盒子的特性。

这个两端口网络的S参数就是S11,S12,S21和S22. 那么这些下标该如何区分呢?既有S12又有S21。那这个下标就是:Sn,m 就是从端口m到端口n的网络特性。

那么:
S11,从端口1到端口1 的散射特性;
S12,从端口2到端口1 的散射特性;
S21,从端口1到端口2 的散射特性;
S22,从端口2 到端口2的散射特性。

这就是散射参数S的定义。对于多端口网络也是一样的定义。对于一个n端口网络,它的散射参数矩阵是:

那么我们回到之前介绍的二端口网络。如果把端口1看作网络的输入口,端口2看作网络的输出口。那么a1就是入射波,b1 就是反射波,b2就是输出波,a2=0。根据上文散射参数的定义,我们知道,S11 就是端口1的反射系数,S21就是网络的传输系数。同理,S22就是端口2的反射系数,S12就是端口2到端口1的传输系数。

在一些特殊情况下,S参数具有以下性质。
1,可逆网络/互易网络

2,对称网络

3,无耗网络

那么当一个二端口网络是互易对称无耗网络时,以上条件全满足。
在这里,我们再次贴出这个比较重要,比较重要比较重要的表格。记得收藏哦。

。。。。本文完。。。。


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来源:射频学堂
射频微波电路通信
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首次发布时间:2023-03-05
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