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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