群英论剑之“S 参数归一化（一）“

樱桃海弥

& R5 k7 q- [) T3 O, t0 r4 g

群英论剑之“S 参数归一化（一）”

) o3 h* O2 b' ?8 Z本期作者：

李可舟、andyton、Colin_consin、若华蒋方、DI牛迪、于争博士、巅峰搬砖、吴枫、liyy李勇尧、庄哲民、Dennis丁同浩、benjaminPU三星、LXK

5 {- ?3 N; P* u4 |

—————  2016-1-22  —————

李可舟 下午5:17
关于hfss的Port的第三部分S参数打我归一化，我提一个问题请大家讨论.

, j4 `+ P! i) c

李可舟 下午5:21
如果waveport的特征阻抗是频变的人，且不等于50欧姆，那么如果结果归一化到50欧姆了，那么也就是和端口阻抗并不匹配了.那么此时得到的那条曲线是否还满足S参数必须是在匹配条件下测量的前提条件，即这个时候得到的曲线还是不是S参数？
) l8 f9 V+ I0 Y+ Z! H! @$ V( v
$ H1 \4 ?  s8 X1 f1 I8 }* m/ A8 o

李黎明 下午5:25
% Q; P( h4 h+ x9 b@李可舟 是s参数，与实际相差不大，阻抗随频率变化不大.
. ~" m8 h! B" @6 ]& W& e

andyton 下午5:27
# \8 Q+ s8 i! n- R6 Wwaveport一般是波导，rf线等，阻抗与频率无关

! {# r$ W0 F9 c

李可舟 下午5:32
频变是为了让讨论有普适性些，即使是固定的也可以提出类似问题.一段微带线，特征阻抗100欧姆，那么如果将仿真仿真得到的S参数归一化到50欧姆，是否违背了S参数必须是基于匹配条件下测量的定义？

李可舟 下午5:34
" B* m5 v& f4 G6 X/ [50欧姆和100欧姆差别可是很大的了，不可忽略了

) Y- H4 p  @" E6 A5 C# u6 Q; f

Colin 下午5:43
基于匹配条件的s参数是什么意思？
  ^1 _* ~' H! r# [" R( ]8 Q0 X" R

Colin 下午5:47
( ]8 [4 r; |9 w  N. ~散射参数构成是复数形式的矩阵，除以50还是除以100不改变其本来的值，只是为了归一化后减少运算量分析方便而已。如果你的系统是50则用50
2 S, F1 C( p) g8 E" H, f5 r

李可舟 下午5:47
就是教科书里的S参数的定义，是匹配条件下测得的入射波和反射波来比

李可舟 下午5:47
* z8 O) W1 r7 S8 |$ @9 |如果不满足匹配条件，那么此时测得的反射波和入射波的比值就不是S参数
& J* i$ Y9 J% V5 M
+ x1 V- W0 c7 t0 N- g

李可舟 下午5:49
% M2 m1 f& ?' {3 ?4 W7 y问题是这个归一化阻抗改变在现实中就是对应测量时匹配阻抗值的变化
! d7 Q0 F4 |% F  z4 ^, N+ G
8 y  l  |3 Y( t/ {+ B, b

Colin 下午5:54
我觉得你把有损系统的反射系数和s参数搞混了
# P1 a0 M: R0 J/ y5 }, ^0 J

Colin 下午5:56
5 I* T7 S8 A! t6 x  I1 Rs参数是不需要匹配的，测量系统也只要校准掉测试链接部分的影响。
3 e9 A' }: w& d  n

蓝调 下午5:56
谢谢
* r6 _* z, q' t- B  r1 U
" u, d# h' w- j7 W) [4 V4 C

蓝调 下午5:57
晚上详细拜读下[呲牙]
1 f6 N( v1 h9 Q! }* ^

李可舟 下午6:00
. B7 `" Y2 C: j/ H( Z" ~- f2 J- ^S参数肯定是需要匹配条件下来测试的，这个不会错，当然可能这个定义太基础了，所以大家都没有关注而已
2 F  I; }4 h) |- D1 k6 r0 S+ N. B

Colin 下午6:02
) r+ a) ^8 p$ t* j  a) `。。。

Colin 下午6:03
既然匹配了，还有反射吗？？？

( T2 a: I* M4 Y! _- q" ]  \8 J

misskenzo 下午6:05
3 _( j0 K+ b, w/ Y  y1 P; dEric书里面第十二章详细讲了s参数，包括这个问题

$ _+ s' H5 F5 ]) p3 V+ E5 I

李可舟 下午6:08
+ \2 K$ W/ ^! u. j& j6 Z9 g$ i反射还是有的，端口2匹配，但是从端口1看进去还是可以有反射

若华 下午6:10
. `+ W/ V+ i; f, A+ |8 q9 m@andyton 这个网上找找 专业的非专业的一大把
6 T- Z9 {  \3 H. f) I/ u: V
7 A' q9 Y* `* V8 n; Y# M

若华 下午6:10
@李可舟 s参数只是测量的一种衡量指标而已。阻抗匹配与否都能测得s参数，只是图不同而已
  T8 _3 m$ Z4 k- h6 r& S# O, }

Colin 下午6:11
那么如果2端口不匹配，s参数就不存在了咯[流汗]
- l2 C% e, @  V2 z8 k9 H- D

Colin 下午6:14
  [- M7 `+ v# |% B& \7 m, E端口50并非是匹配的条件，而是端口的阻抗，如果一定要一端匹配，那3端口，n端口你怎么办？
! D2 g( s, M8 L9 t' n

Colin 下午6:18
$ m- m) r" ~1 a6 i9 _同样的，你端口100也能测试出s参数，和端口50在数学矩阵上是相等的，只是归一化后就不同了。s参数代表的是你传输系统的被动特性。主动特性的s参数也有，那叫load pull,也不是单纯的匹配

zhong 下午6:18
这个匹配应该是指的负载匹配 也就是你的负载50欧姆 就要50欧姆参考去看s参数体现的反射等特性
3 {7 X/ M* u3 v: \  D5 ]
' y" o  Y8 i0 O# _* \

李可舟 下午6:40
我提的这个问题过去曾百思不得其解，即使是Eric那本书，也没有把我讲明白.后来想了好久，觉得总算找到正确的理解了

$ n- F8 v4 w) d* j1 i

李可舟 下午6:42
( w6 a9 q# Y6 y6 ~$ M问题的关键在匹配的理解上，S参数的匹配不是说匹配负载要和被测器件匹配，而是说匹配负载要和测试用的辅助线缆的特征阻抗匹配
* @9 n5 C5 n( m
# z9 \& M% L: n5 U

李可舟 下午6:43
& x( }$ c* T/ _  R8 m- E' V8 R) y4 A3 v因此完全和被测试器件自身的阻抗无关，所以无论我们把它归一化到多少欧姆，都是满足S参数的匹配定义的

Sandy 下午7:07
; H2 D: o' F" V+ \# ]: m@李可舟 S参数定义里的匹配应该是个动作，而不是结果。阻抗不匹配一样可以测量

  G1 G1 D5 l  [6 R3 @& m$ |

andyton 下午8:39
严格的阻抗分两部，共恶去容感，阻抗变换到50欧。
! r- G8 V- |- h+ ]

Di 下午8:41
我赞同@Colin 。a/10和a/100的结果肯定不同，但是a都一样

于争 下午9:48
基于匹配条件下测量S参数是什么意思？
. e0 l7 H1 i; v8 M
" H3 c/ }* [; g8 k

于争 下午9:49
. W9 ?6 d$ B% Q$ S$ h& o; H: R不可实现
" i$ g+ i/ m+ v7 C+ B8 h, }* ^1 N
7 k7 f" B9 s3 c/ @9 n% P* j: E9 o

巅峰搬砖 下午9:49
8 ^) J9 o: a4 S/ U( ks.参数可以看出匹配情况

巅峰搬砖 下午9:49
貌似没有说匹配情况测s参数吧

于争 下午9:53
@巅峰搬砖 看到前面有人说这个，所以好奇这种说法来源是哪！

$ G) k5 V7 y$ K

巅峰搬砖 下午9:59
他的意思是在其他端口匹配的情况下测试某两个端口之间的匹配情况
3 U* [) I" F4 ]5 ?4 C4 B

巅峰搬砖 下午9:59
" u) B" [9 R% I测试两个端口的s参数，，
1 O6 T2 X8 M& c$ {8 c

Di 下午10:02
我猜@李可舟 的意思是测量的端口阻抗要和传输线的阻抗匹配

5 n* L7 C. M1 }5 S! R

李可舟 下午10:10
@Di 就是这个意思
! _3 E+ V% a) z/ r4 @

Di 下午10:26
@李可舟 这个和仿真时的port阻抗是一个道理。都是用来归一化的参考值，对传输线的实际s参数没有影响

7 `. w  |5 F& C' P, q, a! m

Di 下午10:27
- O2 o5 L, x; |
2 n/ j  j8 `0 j5 g5 ~* y/ T" K

李可舟 下午10:28
看来你说的不是我的问题
" L' b' X- A1 @- P, e6 Z* C
8 x& ^! G3 n7 K+ h8 {, O

Di 下午10:28
1 X' a% K1 N$ N6 ^5 C5 d图中的an=V/sqrt(z0),

+ Z2 S9 b  [% k! L- Y( }

李可舟 下午10:29
我讨论的是S参数的定义中的匹配
  K9 R% O: c) I6 U# e

李可舟 下午10:30
匹配的含义

Di 下午10:30
" i! U/ w0 h2 J/ h你把s参数定义打出来我看看

! M+ m8 R9 V7 |* R: G

Di 下午10:31
  _  J- u; a% b1 e6 N我发的图片是电磁场中对s参数的解释
8 i7 \  ]; S( ]/ M4 j' N$ Z
' h& u) n) I0 I2 V, u8 c/ D8 [

李可舟 下午10:33
你的图片没有错
% a2 I. X& t9 d1 }3 y* h% M

李可舟 下午10:33
* ~. y. b$ c; X8 l只是里面少写了一句，那个入射波和反射波的测量条件
8 x/ c* Z1 n% M8 i( V( p5 G
/ Y* w3 V( T2 R" a

Di 下午10:35
了解。你是说，如果端口不匹配，导致测量的值就不准确，自然算出来的值也就不准确

4 p) m6 B( b% |  B! L$ L6 p

李可舟 下午10:35
比较严谨的书本上是这么写的，S参数是当其他端口接匹配负载时，得到的反射波和入射波的比值.入射波和反射波的表达式就是你图片里发的那个

Di 下午10:38
好的，我再细看一遍，然后再交流

Di 下午10:38
这个问题挺有意思！！
  Q9 @' X  Q1 \$ x( [+ j
3 S% k' b2 Z" z' `8 T. e

Di 下午10:39
& {4 s: D( q7 A+ L+ D7 T之前没有细想过
" |5 d9 r5 n" v1 q$ H$ k+ e
: V$ M( D; Q, q' {1 E4 x# T0 u7 g

李可舟 下午10:40
. ~( t% M) L; B5 p$ y好，我过去也被这个问题困惑过，后来想出来一个我认为最合理的解释，之前也发过了

3 N4 F! I0 b) x9 p: ?8 }2 l

李可舟 下午10:40
你看看是不是合理的

吴枫 下午10:58
; y% a6 u9 B& M; f* H( F9 a@李可舟 首先可以确认你提到的定义是对的，s参数的测量条件是基于一定的端口阻抗的。可以把实测过程简化一下，也就是s参数（未归一化之前）的端口阻抗简化成测试电缆的阻抗，这个阻抗是频变的，但通常不剧烈。比如'HFSS仿真的时候的，我们加入波导端口。归一化前，每个频点的结果是基于波导端口的阻抗的仿真结果，波导端口的阻抗虽然频变但不通常不剧烈。但是在这一简化模型中，把电缆或者馈电结构建模成了均匀传输线。这在实测中是不存在的。vna的电缆和各个连接头都不是均匀传输线。反射的存在可能产生谐振（很剧烈的频变）也就是说虽然实测中每个频点的结果依然是依赖于端口阻抗的，但是这个端口阻抗是剧烈频变的，不能简单的认为端口阻抗等于cable的阻抗，vna校准过程就是提取这样的参数，然后在后处理当中，把剧烈频变的端口阻抗归一成50ohm的

吴枫 下午11:04
vna转换过程中有信噪比的要求，也就是馈电结构不能偏离被测dut太远。好比hfss仿真一个50ohm传输线，你不能加一个z=0.001的端口来仿真它。这一要求会让人误以为端口阻抗应该等于（匹配）dut的阻抗，也就很多人的误解。
' |7 f. H' n; q
, D# b( h& a0 P# X9 M& a

吴枫 下午11:09
- K" ~9 u( G/ S+ Q0 s0 i6 c* c4 k简而言之，s参数的端口阻抗等于馈电结构的阻抗，简化模型中或者仿真中，可以等于cable的特征阻抗；端口阻抗应该接近dut的阻抗，等不要求严格等于或者匹配dut的阻抗；至于归一化的目的，大家讨论过很多了，因为同样的dut可以有不同的馈电结构，造成同样的dut的结果不同，为了便于使用要归一到同样的端口阻抗上，好比大家都在用理想不频变的50ohm馈电结构在测试dut，虽然这在实测和仿真当中都不存在

吴枫 下午11:15
+ d7 J0 D( ]. p- P) Q/ u如果较真的话，入射端口和出射端口的处理还是少许不一样的。具体可以和安捷伦的ae讨论一下。

吴枫 下午11:20
0 M6 y' r; |+ s4 y7 L5 D如果非要说s参数需要端口匹配阻抗，实际上匹配的是馈电结构而非dut，虽然为了信噪比，馈电结构的阻抗应该接近dut。

李可舟 下午11:21
@吴枫 你说的对，我有一点不明，现在vna测试线缆还不是均匀传输线，现在的生产工艺还无法做到阻抗均匀这点么？

李可舟 下午11:21
& n) S% l7 e3 {5 z  V5 G4 Q1 P还是说反正可以校准掉.那么就不用做那么均匀，反而提高生产成本了？
/ i; T4 M7 k6 {$ n. l6 O: \3 l* }
. ^- k2 l3 U+ G1 }3 l5 N1 O

李可舟 下午11:22
免得提高生产成本
0 M, H# `* G5 p, j7 U
0 m: @, K: I- K2 v8 Z

李可舟 下午11:24
@吴枫 用仿真软件也需要考虑那个信噪比的问题，不过动态范围要大得多

吴枫 下午11:29
* J# V! x' G2 Y4 D4 f% s. z9 }6 J@李可舟 同样，仿真的噪声是数值误差，vna的噪底是固有误差和热噪声。不在一个量级上
  v& N: S0 b, n* `+ K: F+ r5 P
  Y: Q5 I& q7 ^1 d' D6 s% d3 w) c

吴枫 下午11:36
& y( c# G2 w# J2 v6 s! f, `- b# [3 l@李可舟 测试电缆你可以测测，频响并不平摊。要命的是电缆是可弯曲的，我对测试电缆的理解是，他的可重复性或者可靠性是第一位的，不能电缆弯曲一下频响就变掉了或者阻抗偏掉了，这一误差是无法校准掉的。阻抗少许不均匀会影响高频精度，这还是因为高频信号衰减较大，要保证信噪比，必须减少馈电结构的高频频响不平坦

吴枫 下午11:37
) K8 m3 Y% J1 U- i. y% A) ^, d有时候柔性和平坦度是矛盾的，所以大部分高频电缆都很硬
" Q( ]3 I7 ]" _

吴枫 下午11:40
此外馈电结构的频响不稳定，不是因为cable，而是因为连接头
  H* U9 j4 d1 K% K$ y8 \: E* b

吴枫 下午11:41
) N7 v" i/ T7 X, \5 a或者说连接器更值得关注

4 Q* {- s, x' o. X+ z1 L5 i/ k2 w

李可舟 下午11:51
3 ?: U* @1 ~4 e' v# X, h: I@吴枫 [强]

- o* G, N  _% {, }* w

未完，待续........

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