《S參數(shù)仿真》PPT課件

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1、第九講S參數(shù)仿真在進行射頻／微波電路設計時，節(jié)點電路理論已不再適用，需要采用分布參數(shù)電路的分析方法。這時可以采用復雜的場分析法，但更多的是采用微波網(wǎng)絡法來分析電路。對于微波網(wǎng)絡而言，最重要的參數(shù)就是s參數(shù)。在PC平臺邁入GHz階段之后，從計算機的中央處理器、顯示界面、存儲器總線到I／O接口，全部進入高頻傳送的階段，所以現(xiàn)在不僅在射頻微波電路設計時需要了解S參數(shù)相關知識，在計算機系統(tǒng)甚至消費電子系統(tǒng)的設計時也需要對相關知識有所掌握。本章通過實例介紹ADS2009實現(xiàn)S參數(shù)仿真的原理和方法。9．1S參數(shù)仿真基本原理及功能在低頻電路中，元器件的尺

2、寸相對于信號的波長而言可以忽略(通常小于波長的1/10)，這種情況下的電路被稱為節(jié)點（Lump)電路，此時可以采用常規(guī)的電壓、電流定律來進行電路計算。但是在高頻／微波電路中，由于波長較短，組件的尺寸就無法再被視為一個節(jié)點，某一瞬間組件上所分布的電壓、電流會不一致。因此基本的電路照論不再適用，而必須采用電磁場理論中的反射及傳輸模式來分析電路。元器件內(nèi)部電磁波的進行波與反射波的干涉使電壓和電流失去了一致性，電壓電流比為穩(wěn)定狀態(tài)的固有特性也不再適用，取而代之的是“分布參數(shù)”的特性阻抗觀念，此時的電路以電磁波傳送與反射為基礎要素，即反射系數(shù)、衰減系

3、數(shù)、傳送的延遲時間。分布參數(shù)電路采用場分析法，但場分析法過于復雜，因此需要一種簡化的分析方法。微波網(wǎng)絡法廣泛運用于微波系統(tǒng)的分析，是一種等效電路法，在分析場分布的基礎上，用電路的分析方法將微波元件等效為電抗或電阻器件，將實際的導波傳輸系統(tǒng)等效為傳輸線，從而將實際的微波系統(tǒng)簡化為微波網(wǎng)絡，將“場”的問題轉(zhuǎn)化為“路”的問題來解決。一般地，利于一個有Y、Z和S參數(shù)的網(wǎng)絡是可以實際測量和分析的，其個Y稱為導納系數(shù)，Z稱為阻抗參數(shù)，S稱為散射參數(shù)。Z和Y參數(shù)對于集總參數(shù)電路分析非常有效，各參數(shù)可以很方便地測試。但是在微波系統(tǒng)中，由于確定非TEM波電壓

4、、電流的困難性，而且在微波頻率測量電壓和電流中也存在實際困難，因此在處理高頻網(wǎng)絡時，等效電壓和電流，以及有關的阻抗和導納參數(shù)變得較抽象。與直接測量入射波、反射波及傳輸被概念更加一致的是散射參數(shù)，即S參數(shù)矩陣，它更適合于分布參數(shù)電路。S參數(shù)是建立在入射波、反射被關系基礎上的網(wǎng)絡參數(shù)，適于微波電路分析，以器件端口些反射信號，以及從該端口傳向另一端口的信號來描述電路網(wǎng)絡。同N端口網(wǎng)絡的阻抗產(chǎn)導納參數(shù)一樣，用散射參數(shù)也能對N端口網(wǎng)絡進行完善的描述。阻抗和導納參數(shù)反映了端口的總電壓和電流的關系，而散射參數(shù)是反映端口的入射電壓波和反射電壓波的關系。散射

5、參數(shù)可以直接用網(wǎng)絡分析儀測量得到，而且可以用網(wǎng)絡分析法來計算。下面以二端口網(wǎng)絡為例說明S參數(shù)的含義，如圖所示。二端口網(wǎng)絡有4個S參數(shù)，Sij表示能量從J口注入，在i口測得的能量，如S11定義為從Port1口反射的能量與輸入能量比值的平方根，也經(jīng)常被簡化為等效反射電壓和等效入射電壓的比值，各參數(shù)的物理含義和特殊網(wǎng)絡的特性如下所述。S11：端口2匹配時，端口1的反射系數(shù)S22：端口1匹配時，端口2的反射系數(shù)S12；端口1匹配時，端口2到端口1的反向傳輸系數(shù)S21：端口2匹配時，端口1到端口2的正向傳輸系數(shù)對于互易網(wǎng)絡S21＝S12；對于對稱網(wǎng)絡

6、S11＝S22；對于無耗網(wǎng)絡(S11)2+(S22)2＝1S21S12S11S22Port1Port22．S參數(shù)在電路仿真中的應用ADS仿真器中都可以找到S參數(shù)模塊，用戶可以對每個S參數(shù)進行設置完成相應的仿真。同時，用戶也可以通過網(wǎng)絡分析儀對要生產(chǎn)的PCB進行精確的S參數(shù)測量。用戶還可以采用元器件廠家提供的S參數(shù)進行仿真，當電容器安裝在不同類型的PCB時，電容器會因為安裝焊盤和電路板材料(如厚度、介電常數(shù)等)而存在不同的諧振頻率。固態(tài)器件也會遇到類似問題(如LNA應用中的晶體管)。為避免這些問題，最好在實驗室中測量S參數(shù)。但無論如何，為了進

7、行射頻系統(tǒng)仿真，無法回避使用S參數(shù)模型，無論這些數(shù)據(jù)是來自設計師的親自測量，還是直接從元器件廠家獲得，這是由高頻電子電路的特性所決定的。S參數(shù)仿真的主要功能包括以下5個方面：獲得器件或電路的S參數(shù)，并可以將該參數(shù)轉(zhuǎn)換成Y參數(shù)或Z參數(shù)。仿真群延時仿真線性噪聲分析頻率改變對小信號的影響仿真混頻器電路的S參數(shù)9.2S參數(shù)仿真面板與仿真控制器ADS中有專門針對S參數(shù)仿真的元件面板，在“Simulation-S_Param”類元件面板中提供了所有S參數(shù)仿真需要的控件，如圖所示。1)S參數(shù)仿真控制器S參數(shù)仿真控制器(SP)：是控制S參數(shù)仿真最主要的控件

8、?？梢栽O置S參數(shù)仿真的頻率掃描范圍；仿真執(zhí)行參數(shù)和噪聲分析相關參數(shù)等。雙擊S參數(shù)仿真控制器，彈出參數(shù)設置選項卡，可以通過該選項卡對SP參數(shù)進行設置。(1)Frequency：S參