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本帖最后由 alexwang 于 2020-5-7 09:17 编辑 4 z- |) h( z( |2 D: T
, A2 ?* [, I% U: f9 N( ~3 d. ~$ q/ S3 q
在上一期的内容中，我们和大家一期复习了一遍S参数的定义，及其现实的物理意义，不知道大家都理解了没？ 5 \" ~4 h% J% r. A1 }; O I$ o: q8 c- I. l, q8 [) [0 l4 t
" U g0 Y) }+ X7 U; y) V7 @4 Y; i
! G' P q( }' l0 X* E这一期将承接上期的内容，和大家一起掰扯掰扯，S参数与它的兄弟参数之间的转换！ 7 }: K. X( N. C# \- O7 @" l8 L
+ ^5 ^+ C0 |9 A5 x" i# b& U9 R
3 J; X& f# W) v
, \+ H; c" `+ l7 K( n很多小伙伴在日常工作中，常常会用到射频网络分析仪，来测试S参数。 + O4 R4 T* K ~6 T" q8 g' ~' p& H2 }% X' a3 k
通过S11这个反射参数可以分析和判断，端口阻抗是否已经达到或者接近匹配。 5 _( J$ g% U+ H5 h! S, S- A9 B7 [+ c, @( d
那么如何判断端口已经达到匹配要求呢？ 3 C6 X- @: T# k: b9 e; v% A( ]" N8 r6 @1 L' h
很简单的方法，当给端口一个入射波时，如果在端口完全没有检测的反射波，则可以认为这个端口已经匹配。 & V0 c, {) a, O9 X9 W0 W4 A b% [! s* W
3 y" J. z" l& a& J
! Q, l7 h5 ]7 t/ u上图是一个无耗双端口网络的信号传输示意图。我们可以看到，从1端口输入的能量，全部在2端口输出，完全没有反射能量，则我们认为1端口已匹配。 在上一期中，我们介绍过return loss回波损耗的概念。在工作中使用回波损耗分析判断端口的反射情况是非常方便的，回波损耗越小，说明反射能量越小，端口的阻抗匹配度就越高。 3 ]: j2 N2 J, m) w% Q }
下图是一个从1GHz到10GHz回波损耗数据图，其值在-25dB以下的： 6 h3 C& ~/ F6 {% H* G. L& v
" Y. ~ T3 V3 i9 i5 o. B2 X3 G. P+ }7 k4 _3 c1 {1 b# Y
我们可以看到，回波损耗的数值以log 对数的形式来表达，数值向下无限小，对初学者来说，判断数值是否足够好并不容易，虽然通常我们认为-25dB以下的回损已经算是一个不错的数据。 + i0 ]6 o7 T1 `2 r% }
6 M% a- Q' G- U, A; J 有没有一种更直观的数据让我们知道最佳数值在哪里？ 7 X- P: m0 G: n8 p C- m9 m2 h9 c1 h) G5 \% S! t1 f# V# x
我们离最佳数值的差距还有多远？ # D) I4 ? q0 ?: R J& K( F' v# |! ]7 Z* Y' s; v
% |6 t5 f5 x+ E$ n# W! Y3 x% ]7 y) c' \. u
有的，VSWR 就可以做到这一点。VSWR中文全称 电压驻波比。让我们代入S参数做一个简单的计算：
K8 v! e% X5 j; @& }8 W Q- ^( `/ D+ R# v( P6 J! Y6 u. _. S5 } Y7 f6 X
当S11无限接近0时，VSWR将无限接近1！
3 C& ^$ `! L2 B% f C+ p
将上面两张图的S11转为VSWR数据后，我们发现，两个数据都非常接近极限值1。
" I6 R& J i8 q- Y1 t* ?) |; x: f; `3 E. c5 H7 x2 h# ?
下面列出常用的VSWR 与 回波损耗 以及传输效率的数据转换表格，供大家参考。牢记红色部分关键值，会对你的射频工作很有帮助。 ! O7 b# v% y( P4 f) X
" `9 _9 p( z/ |, o `+ B" R6 S. g, V) ^/ e
2、Z参数矩阵和Y参数矩阵 ' a9 h' J ]% }) {2 W% B+ C
对于非微波射频专业的小伙伴，这两个参数应该是非常陌生的。
6 |- ~! ^5 c! K5 a
我们这里仅做简单的概念描述，复杂的公式计算就不多做介绍了。 . o$ }" C' E4 m2 `0 L/ s1 Y
) T/ [! @: e6 j. g P% B- r$ Q; L! u0 |) p; `( Q+ l" C/ H3 S
Z参量我们称之为阻抗，Y参量我们称之为导纳，两者之间有简单的对应关系：
% M' \5 x! \" @! Z
0 t1 `( e9 ^) D- \, w从上式可知，两者之间为互逆关系（就是互为倒数）。
/ Z* b0 t! T0 |, L3 ]) l
两者和S参数一样，也有用于描述一个完整网络的参数矩阵。 , j& s! L* i2 W+ `% }
2 I( M' P# k6 G( O3 s& g9 \
* Z' D) V' R' a& t: n这两个参数矩阵都是可以和S参数进行矩阵转换的，也就是说，得到其中一个参数矩阵的值，就可以求出其他参数矩阵。 . S3 P7 J& i- _$ d" X+ b
其中，我们将脚标数字相同的参数如Z11,Y11称为端口输入阻抗或输入导纳，其他脚标数字不同的都称之为端口转移阻抗。 2 z& h5 s9 t; h
9 @8 `- L9 ^: I( Z/ Z. o1 x2 t. a5 k: W+ a7 N* J6 ^* S
完整的计算公式过于复杂，日常工作中也用不到。我们这里只把Z11单独挑出来，给大家做一个简单的描述。
3 `0 z3 ~" O7 ]$ Z) ]/ N% B! {& F: ~$ Y" y2 o2 {. d3 ]+ T* W- M
还是以双端口网络为例： $ Z$ ^9 Z; R5 }3 M: K
% M2 X# h& S9 X, _ P% u" i
端口1的输入阻抗为Z11，端口2的输入阻抗为Z22，而整个网络所在的归一化特性阻抗为Z0。 6 i; k# M( E! F9 x5 g2 _. }' }4 x' b) @
则有： ! O* w3 D5 {; v2 z [
( r1 A& R* r( s8 P3 H8 t
所以S11和Z11, S22和Z22有一一对应关系。 + u3 K6 U8 A& B, `3 G$ O E1 Q. M, p7 _! X
也就是说我们可以通过测试S11而直接计算出端口的输入阻抗，并在Smith圆图中标记出来：
h% R T' F* e1 k" u3、S参数和相位Phase 5 ]& k( t: ]% ?+ O+ d g0 S
3 }( n6 L1 `4 O) |学过微波射频基础知识的同学们都知道，一个射频信号通常需要3个特征指标才能将它描述出来，他们分别是幅度，频率，相位。
" u0 Y( Z1 }' Z4 `: \6 Z( K
这个三个指标对应了一个射频信号的强度，工作频率，以及初始位置。
; o9 n K; g! a, w! q: d5 b) s1 `; Q
( |, {5 H: D5 |之前在上一期的内容中，有S21和传输系数的关系。 ' O, o" M. v: u8 q$ e5 `9 q) Q8 j% F8 c% s
$ H2 Q; n& M! ?$ ~2 `" @; p
公式中的φ即为射频信号在通过射频网络后的相位变化。 2 ]( ?& h, o4 Y+ Y+ V5 v' u' C; I& a
下图是一个低通滤波器的相位延迟图。我们可以看到：不同频点的信号，在通过滤波器后，其相位延迟是不一样。 * g7 I! s7 n0 P8 ] ?6 f+ P; }& u7 S# Q- D
' o/ P1 e2 r r% K! K& d绿色框标出的部分显示，滤波器在8~9GHz的频带内有一个很明显的相位变化不连续现象存在，这是因为，滤波器在这个频带内，S21变化剧烈，从而造成了相位不连续。 4 |, o7 W! D7 Y" k6 o3 S: x4 Y: I. x( B
下图是此低通滤波器的S21曲线图。通常来说，滤波器通带边缘都容易引起这种相位不连续的现象，特别是边缘陡峭的滤波器。 ! o& ]* `- t) O( K1 @ g/ I# f' u# J, V5 O7 J: I2 Z
4 [# k; j# v! S
当一个宽带射频信号通过一个射频网络后，由于线性度影响，其每个频点相位变化率是不一样的，将相位变化率做一个集合，我们称之为群延迟，其基本概念及其物理意义，我们将在以后的内容中进行解答。
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9 `; H5 y+ F+ t, ]8 q1 x1 L+ j0 a0 E0 v2 V2 c3 j
好了，这期内容到此结束，下期，我们将重点讲讲S参数的应用。
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插画绘制丨弯弯
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发表于 2019-6-14 14:39
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