在cst软件的一些复杂的问题和电路中,s参数任务直接计算s参数可能是行不通的。这就需要大家回归射频基础,重新思考研究方法。这两期我们多列举一些s参数的计算方法。
方法1:s参数任务 端口激励
优势:简单,直接,快速,通用,dc ac结果都有,全端口完整的s矩阵,自动归一。
局限:只能计算端口之间的整体网络s矩阵;稳态频谱。
cst软件最简单直接的当然是s参数任务,模块可以是三维的结果,或者是snp的数据,加上端口和任务即可。
方法2:ac任务 全端口
优势:更多频域分析场景。
局限:单端口网络激励(非完整s矩阵);可自动归一或手动(取决于ac激励);只能计算端口之间的整体网络;只能稳态全频段等幅激励;
ac任务是频域分析,理论上当然也可得到s参数。激励一个端口signal,单位是根号瓦,这样得到的频域signal也就是和s参数量级一致。激励振幅为1,那么结果就自动归一化了:
可见结果与s参数任务结果一致;所以把s参数当成一种特殊的ac任务是有道理的。
方法3. ac任务 端口 探针 耦合器
优势:cst软件可添加较多激励电路和负载电路;利用了端口快速定义激励; 利用探针可获得局部电路的s参数。
局限:单端口网络激励(非完整s矩阵);较复杂的手动提取s参数;只能稳态全频段等幅激励;
如果我们这么画电路,然后ac任务激励1根号瓦signal在端口1,这样结果中,探针只有电压电流,没有signal(端口才有signal)。我们只能通过电压电流获得功率,然后手动归一获得s21。但是这种电路获得s参数其实是不对的,原因就是in这个信号是激励和反射的叠加,所以算不出s11;手动算s21也是用错了入射信号,也是算错。
正确的方法就需要把入射信号和反射信号分隔出来,理想耦合器便是神器:
这个是180度的耦合器,内阻50欧与其他负载一致;端口1的信号-3.02db去到端口2,分-3db到端口4;同理端口2的信号分-3db给端口3。所以我们可以在端口3和4区分入射信号和反射信号。
s11提取用反射和入射相比,可用电压或电流(一样);由于反射信号被耦合器衰减两次,而入射信号衰减一次,所以全频补偿3.020624db的误差(或线性乘以10^(3.020624/20)=1.415895)。
s21提取用传输和入射相比,可用电压或电流(一样);需要全频补偿耦合器的0.020624db的误差(或线性乘以10^(0.020624/20)=1.002377)。
可拷贝到别的文档重命名:
这里的s参数是手动归一的,所以ac任务中端口1激励可以不是1,这也是为什么能适用于更多的频域场景。
方法4和5:ac任务 电源 探针 耦合器
优势:可添加更多的激励电路和负载电路;可用电流或电压源取代端口;探针获得局部电路的s参数。
局限:单端口网络激励(非完整s矩阵);较复杂的手动提取s参数。稳态频谱。
比如电压源:
cst软件同样需要手动后处理计算s参数,并且补偿耦合器的误差。
电流源:
同理,电流源电压源激励也可以不是1,任意值均可。
对比目前s21的5个结果(s11也都一样):
小结:
1. s参数任务 端口激励
优势:简单,直接,快速,通用,dc ac结果都有,全端口完整的s矩阵,自动归一。局限:只能计算端口之间的整体网络s矩阵;稳态频谱。
2. ac任务 全端口
优势:更多ac频域分析场景。局限:单端口网络激励(非完整s矩阵);可自动归一或手动(取决于ac激励);只能计算端口之间的整体网络;只能稳态全频段等幅激励;
3. ac任务 端口 探针 耦合器
优势:可添加较多激励电路和负载电路;利用了端口快速定义激励; 探针获得局部电路的s参数。局限:单端口网络激励(非完整s矩阵);较复杂的手动提取s参数;只能稳态全频段等幅激励;
4. ac任务 电源 探针 耦合器
优势:可添加更多的激励电路和负载电路;可用电流或电压源取代端口;探针获得局部电路的s参数。局限:单端口网络激励(非完整s矩阵);较复杂的手动提取s参数;只能稳态全频段等幅激励;
5. 手动提取可用探针频域结果,利用耦合器分离入射反射,注意耦合器的补偿。
6. 以上结果都是复数格式,线性和db转换都用的视窗:
(内容、图片来源:cst仿真专家之路公众号,侵删)
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