2023/12/26S參數仿真分析傳輸線、史密斯圓圖、匹配電路2023/12/26主要內容S參數的提出及應用S參數仿真技術概要

S參數仿真特殊終端條件傳輸線史密斯圓圖的提出及應用應用史密斯圓圖設計匹配電路（第三章）

2023/12/26一、S參數的提出及應用2023/12/26一、S參數的提出及應用1.1為什么射頻、微波電路設計要使用S參數？

（1）射頻、微波系統使用的元器件、傳輸線的尺寸，與工作波長可相比擬，電路參數是分布參數，傳統低頻模擬電路分析方法不再適用；（2）傳統網絡參量例如Z參量、Y參量、H參量、ABCD參量需要對系統采用終端開路、短路的測量方法。這在射頻、微波系統是不合適的，因為：因為微波電路參數是分布參數，存在許多寄生效果，理想的終端開路、短路是不存在的；終端開路、短路構成的不連續性，將在其它端口產生嚴重的反射，許多電路是不希望或不允許的，嚴重時可能會造成器件的振蕩或燒毀。2023/12/26一、S參數的提出及應用1.2S參數(散射參數)的定義

2023/12/26一、S參數的提出及應用1.3S參數的物理意義

要a2=0，需采用適當的負載阻抗ZL=Z0，使2端口負載與傳輸線特性阻抗匹配，從而測量S11和S21。回波損耗（dB）：正向功率增益（dB）：2023/12/26一、S參數的提出及應用

要a1=0，需采用適當的源端阻抗ZG=Z0，使1端口與傳輸線特性阻抗匹配，從而測量S22和S12。反向功率增益（dB）：2端口回波損耗（dB）：2023/12/26二、S參數仿真技術概要2023/12/262.1S參數仿真的性質與功能二、S參數仿真技術概要S參數控制器用來確定一個n端口器件在給定頻率下的響應波形。它是在考慮其它端口匹配條件下，一類特殊的小信號仿真。通常用來描述射頻/微波無源元件的線性特性，及確定非線性器件在特定偏壓和溫度下的小信號特性。

使用S參數仿真可獲得一個元件或電路的：

S參數，可計算Y參數或Z參數等仿真群延時、線性噪聲等參數仿真如混頻器等非線性電路的小信號S參數上的頻率變換效果2023/12/262.2S參數仿真準備工作二、S參數仿真技術概要在設計中導入元器件模型并正確連線添加并正確設置S參數仿真控件，并選定將要分析的數據項目對要分析的端口添加接地的端口阻抗模塊（Term），設置相應端口阻抗值（默認50歐姆）

通過對網絡中命名節點和添加電流表，獲取感興趣節點處的電壓、電流數據(a、b、c、IC.i)

2023/12/262.3S參數仿真控件參數設置

二、S參數仿真技術概要

參考《ADS2008射頻電路設計與仿真實例》48-51頁，重要補充：a)、S參數頻率轉換，S參數仿真中一般只能分析一個頻率點對應的噪聲。對混頻器一類的會產生多個頻率分量的非線性電路，要分析諸多頻率引入的噪聲，此時需要設置S參數仿真控件Parameters標簽頁內的ACFrequencyConversion選項生效，仿真器不僅考慮源頻率點，還會考慮混頻器的邊帶頻率（由用戶指定哪個邊帶），但只限定一個邊帶。2023/12/26二、S參數仿真技術概要b)、選中Noise標簽頁下的Calculatenoise選項，能夠計算電路噪聲，既可以計算端口噪聲，又可以計算節點噪聲。c)、如果群延時數據中出現許多毛刺噪聲，可以加大Groupdelayaperture項的值。反之，如果群延時數據感覺不正確，可以減小Groupdelayaperture項的值。通常以10倍量程調整該值。2023/12/262.5如何消除仿真中的直流不利影響二、S參數仿真技術概要

對有源電路如放大器等進行S參數仿真時，通常會使用DC_Block和DC_Feed元件來消除偏置電路對仿真的不利影響，它們在DC仿真中也常用到。DC_Block元件是理想隔直電容，任何交流頻率分量都能無耗通過，直流分量無法通過。DC_Feed元件是理想扼流電感，直流分量能夠無耗通過，任何交流頻率分量都無法通過。2023/12/26二、S參數仿真技術概要2.6S參數仿真啟用掃描參量，若子網絡參量不變，可使用LinearNetworkCollapse模塊提高仿真速度只計算一次，然后重復使用該結果2023/12/26三、S參數仿真特殊終端條件傳輸線2023/12/26三、S參數仿真特殊終端條件傳輸線3.1仿真短路傳輸線

2023/12/26三、S參數仿真特殊終端條件傳輸線2023/12/26三、S參數仿真特殊終端條件傳輸線修改y軸范圍2023/12/26三、S參數仿真特殊終端條件傳輸線3.2仿真開路傳輸線

2023/12/26三、S參數仿真特殊終端條件傳輸線2023/12/26三、S參數仿真特殊終端條件傳輸線2023/12/26三、S參數仿真特殊終端條件傳輸線3.3仿真傳輸線

重要結論：傳輸線長度如果等于半波長，則輸入阻抗與傳輸線的特性阻抗無關，恒等于負載阻抗。2023/12/26三、S參數仿真特殊終端條件傳輸線2023/12/26三、S參數仿真特殊終端條件傳輸線2023/12/26三、S參數仿真特殊終端條件傳輸線3.4仿真傳輸線

重要結論：通過調整四分之一波長傳輸線的特性阻抗，可以得到任意值的輸入阻抗。四分之一波長變換器用于電路的實阻變換，在匹配電路中經常應用2023/12/26三、S參數仿真特殊終端條件傳輸線虛實部格式也可參掃ZL2023/12/26四、史密斯圓圖的提出及應用2023/12/26四、史密斯圓圖的提出及應用

反射系數與阻抗的關系

歸一化輸入阻抗實虛部用反射系數實虛部展開

將阻抗直角坐標復數平面，通過保角變換，映射為反射系數圓坐標復數平面4.1史密斯圓圖的物理意義及建立

上感下容左短右開中匹配等r等x2023/12/26四、史密斯圓圖的提出及應用阻抗圓圖等電阻圓：串聯電容、電感等電抗圓：串聯電阻等反射系數圓（等駐波比圓）：與負載連接的傳輸線導納圓圖（阻抗圓圖旋轉180度后形成）等電導圓：并聯電容、電感、開路線、短路線等電納圓：并聯電阻等反射系數圓（等駐波比圓）：與負載連接的傳輸線4.2史密斯圓圖的分類與應用場合

史密斯阻抗、導納圓圖是后面學習的等噪聲圓圖、穩定圓圖、等增益圓圖的基礎，一定要牢固掌握。2023/12/26四、史密斯圓圖的提出及應用4.3史密斯阻抗圓圖分別分析串聯電容、電感、電阻，以及與負載連接的傳輸線2023/12/26四、史密斯圓圖的提出及應用串聯電容串聯電阻串聯電感串聯傳輸線起點2023/12/26四、史密斯圓圖的提出及應用4.4史密斯導納圓圖分別分析并聯電容、電感、電阻，以及開路、短路傳輸線2023/12/26四、史密斯圓圖的提出及應用并聯電容并聯電阻并聯電感并聯開路線并聯短路線起點2023/12/26

學習過程中提幾點建議注意：

（1）在參考書上內容上機操作時，要勤于思考，互相討