S参数中的S就是表示散射(Scattering)的意思。
微波系统主要研究信号和能量两大问题:信号问题主要是研究幅频和相频特性;能量问题主要是研究能量如何有效地传输。微波系统是分布参数电路,必须采用场分析法,但场分析法过于复杂,因此需要一种简化的分析方法。
对于一个网络有Y、Z和S参数可用来测量和分析,Y称导纳参数,Z称为阻抗参数,S称为散射参数;前两个参数主要用于集总电路,Z和Y参数对于集中参数电路分析非常有效,各参数可以很方便的测试;
S参数就是建立在入射波、反射波关系基础上的网络参数,适于微波电路分析,以器件端口的反射信号以及从该端口传向另一端口的信号来描述电路网络。同N端口网络的阻抗和导纳矩阵那样,用散射矩阵亦能对N端口网络进行完善的描述。阻抗和导纳矩阵反映了端口的总电压和电流的关系,而散射矩阵是反映端口的入射电压波和反射电压波的关系。
需要注意的是 :S参数是在传输线两端有终端的条件下定义出来的,一般Z0=50ohm。所以,当Reference Impedance of Port的定义不同时,S参数值也不相同,即S参数是基于一指定的Port Z0条件下所得到的结果。
S11:端口2匹配时,端口1的反射系数;
S22:端口1匹配时,端口2的反射系数;
S12:端口1匹配时,端口2到端口1的反向传输系数;
S21:端口2匹配时,端口1到端口2的正向传输系数;
对于互易网络,有:S12=S21;
对于对称网络,有:S11=S22 对于无耗网络,有:(S11)2+(S12)2=1 ;
S21表示插入损耗,也就是有多少能量被传输到目的端(Port2)了,这个值越大越好,理想值是1,即0dB,S21越大传输的效率越高,一般建议S21>0.7,即-3dB。
S11定义为从 Port1口反射的能量与输入能量比值的平方根,也经常被简化为等效反射电压和等效入射电压的比值。
S参数都是输出正弦波与输入正弦波的比值:
S=输出正弦波/输入正弦波
上述两个正弦波的比值其实是两个数:幅度与相位。
幅度是输出和输入正弦波幅度的比值,相位是输出和输入正弦波的相位差:
幅度(S)=幅度(输出正弦波)/幅度(输入正弦波)
相位(S)=相位(输出正弦波)-相位(输入正弦波)
由上述计算公式可知,S参数的幅度值都是0~1之间的数值,是两个电压幅值的比值,所以经常用dB加以描述。dB表示的是两个物理量的比值,严格讲没有单位。
当t=0时,测得输入波相位为0;
当t=d/v时,测得输入波相位为0+d*w/v;输出波相位为0;
根据相位(S)=相位(输出正弦波)-相位(输入正弦波)=0-(0+dw/v)=-dw/v;
得到S21参数的相位为-d*w/v。
相位曲线看起来具有周期性锯齿波,实际上是未展开相位值。从S21相位曲线上得出相位的大小在-180180之间,但是推导出S21的相位为-d*w/v,显然随着频率的增大S21的相位肯定会超过-180度,但由于我们平时相位范围都指02PI度或者-PI~PI,所以会出现锯齿状,而实际相位可以表示为:-2nPI+相位(S),其中n=1,2,3...,对应着周期数。
打一个比方:假设流速极快的水流过了两个连接在一起但直径不一样的水管,在这两个水管的交界处会产生什么现象? 一部分水会从一个水管流到另外一个水管,还有一部分水会反射回来,但如果水的流速很慢,所有的水都会从一个水管全部流到另外一个水管,没有水反射回来的。 我们很容易理解这个现象。 那么,我们将水管换成电阻,电阻两端连接的是导线,当电信号从导线流经电阻时会发生什么现象? 答案是:当电信号的速率很低或直流信号时,所有的电信号能量除了转换为热能消耗掉,其余的都会流出电阻。 输入电流等于输出电流。也就是说可以应用我们在大学里学习到的基尔霍夫电压和电流定律。 但如果电信号的速率很高,“电阻”就不是我们过去意义上理解的电阻了,电阻会表现出射频特性。 流过电阻的电信号一部分会被反射回来,而且反射回来信号的相位不一定是和入射的信号完全反相,是一个矢量。当我们将电阻作为一个“黑箱子”,来描述电阻的特征时,该怎么描述? S参数即是一种描述电阻在表现为射频特性的高频信号激励下的电气行为的工具,而且它的描述的方法是以电阻对入射信号作出“反应”即“散射”后,从电阻“外部”“散射”出的可测量的物理量来实现的,测量到的物理量的大小反应出不同特性的电阻会对相同的输入信号“散射”的程度不一样,这种不一样的散射程度就可以用来描述电阻的特性,而且这种表达方法已成为作为一种非常有用的电气模型。 这些物理量被称为入射电压,反射电压,传输电压等等。 不只是电阻会表现这种特性,很多无源器件如电缆,连接器,PCB走线等传输介质都会表现出这种特性,因此都可以用S参数来表征。
Sij表示为入射端口为j,检测端口为i。记住这个次序就不会混淆矩阵中每个符号的含义。 反射表示为i=j,传输表示为i≠j,因此,对于一个n端口的网络,就有n的平方个参数值,将这些数值列在一起就组成了S参数矩阵。
测量“前向”S参数时,在输入端施加激励信号,在输出端接匹配电阻。入射能量(a1)输入到端口1,有一部分能量(b1)被反射回来,另外一部分能量(b2)输出到端口2。S参数只能在输入、输出端口完全匹配的条件下才能确定。
S11=b1/a1=反射功率/入射功率。 S11表示在输出端端接匹配情况下的输入端反射系数,通常被称为回波损耗(Return Loss)。
S21=b2/a1=输出功率/输入功率。 S21表示在输出端端接匹配情况下的前向传输增益(系数),通常被称为插入损耗(Insertion Loss)。
测量“反向”S参数时,在输出端施加激励信号,在输入端接匹配电阻,如下图所示。
S22=b2/a2=反射功率/入射功率。 S22表示在输入端端接匹配情况下的输出端反射系数。
S12=b1/a2=输出功率/输入功率。 S12表示在输入端端接匹配情况下的反向传输增益(系数)。
可以用下面的两个关系式来完整地描述二端口网络的输入、输出和S参数的关系。
Note: 回波损耗S11和插入损耗S21之间有特定联系,虽然S参数是电压比,不存在电压守恒定律,但是存在能量守恒定律。
如果互联损耗很低,而且和相邻走线之间没有耦合,也没有电磁辐射,那么进入互连的能量就等于反射能量与传输能量之和,并可以用下式表示:
从上式可知,当S11在某些频点足够大的时候,S21将会对应的减小。
四端口网络S参数中,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/传输增益。 S13,S31,S24,S42表示近端串扰(near end crosstalk)。S14,S41,S23,S32表示远端串扰(far end crosstalk)。
公式中j,k分别为端口编号,从公式可以看出S21则为在2端口输出的正弦波与从1端口输入的正弦波的比值。
下图表示了串扰的物理意义,近端串扰表示在某端口施加激励,在相近的一端的另外一个端口耦合到的信号。远端串扰的含义就是在较远的一端耦合到的信号。
示波器指标中有一项通道隔离度其实就是串扰的一种表现。
TouchStone文件是一种被用于各种仿真软件的标准格式S参数文件,仿真软件中调用此文件来代表一个器件或电路。 TouchStone文件名都是以.snp为后缀名,n表示端口数。.s2p即表示一个2端口网络。 s4p表示4端口网络。
二端口网络的S参数总共有9列,按频率,幅值S11,相位S11,幅值S21,相位S21,幅值S12,相位S12,幅值S22,相位S22的次序排列。
频率按由小到大的从上往下排列,中间的间隔没有严格规定,但必须按从小到大的顺序。
该实例中,第一行中的dB表示复数的表达形式,这里的dB表示幅值单位是dB,相位单位是角度。文件中的这个位置上如果显示是MA,则表示幅度和相位都用实际的数值表示。 R50表示匹配的参考电阻是50欧姆。
Reference:
【1】
http://www.oldfriend.url.tw/index.htm
【2】
【经验分享】转:关于S参数的一些理解 - 无源技术 - RF技术社区
【3】
书山有路勤为径
学海无涯苦作舟
通信工程专业毕业,7年开发经验
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协议调试器
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下载地址和源码
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webrtc c++ native 库 demo 实现功能:
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下载地址和源码
wifi,蓝牙 - 无线开关
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电路原理图:
实物图:
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硬件实物图:
实现原理
基本性能
采集频率: 取决于外部adc模块和ebaz4205矿板的以太网接口速率,最高可以达到100M/8 约为12.5MPS
上位机实现功能: 采集,显示波形,存储wave文件。
参数可运行时配置
上位机:
显示缓冲区大小可调
刷新率可调节
触发显示刷新可调节
又一个modbus调试工具
最近混迹物联网企业,发现目前缺少一个简易可用的modbus调试工具,本软件旨在为开发者提供一个简单modbus测试工具。
主打一个代码简单易修改。
特点:
1. 基于QT5
2. 基于libmodbus
3. 三方库完全跨平台,linux/windows。
开源plutosdr 板卡
1. 完全开源
2. 提高固件定制服务
3. 硬件售价450 手焊产量有线
测试数据
内部DDS回环测试
接收测试
外部发送500MHZ FM波形
matlab测试
2TRX版本
大部分plutosdr应用场景都是讲plutosdr板卡作为射频收发器来使用。
实际上plutosdr板卡本身运行linux 操作系统。是具有一定脱机运算的能力。
对于一些微型频谱检测,简单射频信号收发等应用完全可以将应用层直接实现在板卡上
相较于通过网卡或者USB口传输具有更稳定,带宽更高等优点。
本开源板卡由于了SD卡启动,较原版pluto支持了自定义启动应用的功能。
提供了应用层开发SDK(编译器,buildroot文件系统)。
通过usb连接电脑,经过RNDIS驱动可以近似为通过网卡连接
(支持固件的开发定制)。
二次开发例子
```
all:
arm-linux-gnueabihf-gcc -mfloat-abi=hard --sysroot=/root/v0.32_2trx/buildroot/output/staging -std=gnu99 -g -o pluto_stream ad9361-iiostream.c -lpthread -liio -lm -Wall -Wextra -lrt
clean:
rm pluto_stream
版面分析即分析出图片内的具体文件元素,如文档标题,文档内容,文档页码等,本工具基于cnstd模型