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S参数通俗讲义

2022-03-09
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介绍信号完整性就必须说说S参数,在我们仿真和测试中经常会用的S参数,S参数的全称为Scatter 参数,即散射参数,是在传输线两端有终端的条件下定义出来的,一般是50Ω。我们把传输通道作为一个黑盒子看待,S参数描述的是这个黑盒子本身的频域特性。通过S参数,我们能看到传输通道的几乎全部特性,例如信号的反射,串扰,损耗,都可以从S参数中找到有用的信息,我们 以反射为例 了解下S参数。

对于无源二端口网络,从端口出去的正弦信号一定与进去的正弦信号同频率,下面介绍S参数的简单理解。

根据以前信号反射的介绍,信号在传输过程中会产生入射波和反射波,既有进入端口的信号也有从端口中出来的信号,上图中:

a1:从端口1进入的正弦信号

b1:从端口1出来的正弦信号

a2:从端口2进入的正弦信号

b2:从端口2出来的正弦信号

S参数可以表示为:

S参数具有对称性,即如果传输通道完全对称则,S11=S22;S21=S12;

S11的具体理解可以见下面示意图,S11等于反射回来的信号b1除以入射进去的信号a1,这两个信号的频率一样,幅度和相位有差异,S11这也就是我们前文提到的反射系数,只是表达不同而已。

举例说明,对于陶瓷电容:

GRM32ER60E337ME05,它的S11参数见下图,这是怎么来的呢?

我们可以在官网下载到GRM32ER60E337ME05_25degC_series.s2p参数,见下图,在频是100Hz时,S11是-23dB。S参数的dB和幅度Mag的计算关系如下:

因此可以反过来求出S11的幅度,Mag(S11)=0.0708,通俗解释下:

这如果端口1的入射正弦信号幅度是1V,那么从端口1出来的正弦信号幅度只有0.0708V。

S11是返回的信号幅度除以进入的信号幅度,也就是反射系数,在工程上又称回波损耗,S21工程上又称为插入损耗。

在4端口网络中,S11,S22,S33,S44分别表示各端口的回波损耗/反射系数。S21,S12,S34,S43表示插入损耗。S13,S31,S24,S42表示近端串扰。S14,S41,S23,S32表示远端串扰。

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