מבוא ל- S-Parameters עבור מכשירים שאינם הדדיים

בהנדסת RF ומיקרוגל המודרנית, ניהול זרימת אותות עם דיוק הוא קריטי. Components כגון מדפים ומפיצים לספק מערכת בקרה, אות סימטרית כי הגנה על מעגלים רגישים, מפרידים משדרים ומקבלים נתיבים, ומשפרת את יציבות המערכת.המכשירים הלא-פרודקיים אלה הם בסיסי בגלי מכ"ם, תקשורת וציוד בדיקה.

S-Parameter Fundamentals עבור Multi-Port Networks

(ב) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(הפסקה) מוגדרת במונחים של גלים על קווי שידור, הם ישירות למדידה עם מנתח רשת וקטור (VNA) ללא צורך בהפסקת פתיחה או קצר-circuit.זה הופך אותם אידיאליים עבור סיווג גבוה (התקני Nonreciprocal) לנטרל את הסימטריה באלמנטים הלא-דיגוניים: SLT של רכיב אידיאלי (SLT2) הוא בבירור 1Fite=Facti) 1Facti1=Facti1=Facti1=Fite) הוא בבירור:

הבנה של חוסר מעורבות

רשת Reciprocal מצייתת לחידוש לורנץ, כלומר שידור S-matrix הוא סימטרי (SreaFLT:0ijcioFLT:1 = Sigout:2jiure אינטראקציה לאחור או שידורים לאחור של S-matrix) מרכיבים כגון מסננים, אטמוסים, וזוגיים בדרך כלל הם הדדיים.

Isolators הם שני מכשירים להעביר אותות עם אובדן נמוך בכיוון קדימה תוך מתן בידוד גבוה הפוך. Power נספג בדרך הפוכה הוא בדרך הפוכה בדרך בדרך כלל מתמוסס עומס התנגדות המשולב לתוך החלק הפרוטקטורים. Circulators להרחיב את העיקרון הזה לשלושה או ארבעה נמלים, אותות מחזוריים על פני שלושה נמלים מטווח, 1 לפורט 2, 2 ל- 3, 000 זה, בעודם יציאות מסומנת על פני שטח מבודדים, הם מטיפוסים על פני שטח מבודדים.

ייצוג S-Parameter של Isolator אידיאלי

זרם אידיאלי של שלושה-פורט עם עומס מתאים על נמל 3 הופך למרוץ שני-פורט.יותר נפוץ, מתווך ייעודי שני-פורט בנוי.האידיאל S-matrix בתדר העיצוב, במונחים של גודל ליניארי, הוא:

(ב) ויקרא י"ד:2 ויקרא י"ד:

(ב) [17] ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

ייצוג S-Parameter של Circulators

שלושה-פורטים הם הסוג הנפוץ ביותר.המטריקס האידיאלי שלהם לשעון (פורט 1) 1 / תפוצה נמל 2) הוא:

(ב) ויקרא י"ד:2 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]] [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[[[1924]] [[1924

ניתוח S-Parameters עם אנליייזר רשת Vector

VNA הוא הכלי העיקרי להגדרה של התנהגות לא הדדית.זה יוצר אות RF סחף, מתפצל את האירוע ומשתקף / transmted גלים דרך זוגות או גשרים כיוון, ולמטה מקטין אותם לגילוי חסר רגישות בשלב. A מלא שני-port מבטל שגיאות שיטתיות - עקיפות, התאמה, ותגובה - מדידה של אותות לחץ דם מדויקים הם לעתים קרובות מכריעים של התקפי קרבה יעילה.

שיטות קירור נפוצות

  • (FLT:0SOLT (קיצור-Open-Load-Thrumia)FLT:1: שימוש בסטנדרטים מכניים; טוב לסביבות קואקסיאליות עד 20 GHz. מספק דיוק גבוה אם הסטנדרטים מוגדרים היטב.
  • (FLT:0TRL (Thru-Reect-Linerov)FLT:1: השתמש קו שידור של אורך ידוע; במיוחד שימושי עבור מדידות לא-קואקסיאלי או על-פני-היפר, כפי שהוא אינו דורש פתח מדויק או קצר. TRL הוא לעתים קרובות מועדף עבור עבודה גלי מילימטר כי הוא מצמצם את ההשפעות הטפיליות של חיבור.
  • (FLT:0)Ecal (Electronic Calibration) ,(אנ') : שיטה אוטומטית ומהירה באמצעות מודול מדינת עכבות ידוע; הדיוק הוא הולם עבור רוב בדיקות הייצור. Ecal מקטין את השגיאה האנושית ומהירויות את התהליך, אך לא יכול להתאים את הדיוק של SOLT מלא או TRL עבור המדידות התובעניות ביותר.

לאחר שחתך, המכשיר תחת מבחן (DUT) מוכנס.עבור מתווך שני-פורט, פשוט למדוד את כל ארבעת ה- S-parameters בתצורה סטנדרטית קדימה והפוך.עבור המפיצים, עליך למדוד שילובים מרובים של נמל תוך כדי קביעת הנמל הלא משומש (s) עם עומס באיכות גבוהה ⁇ עם סיום 50- ⁇ עם יותר מ -30 dB החזרה חיונית, הוא בדרך כלל השתקפות של 2 ⁇ ).

שלב-בי-שלב-החוק

1.הכנה מוקדמת

מחברים בולטים לנזק, לאמת את טווח תדר VNA מכסה את הלהקה המבצעית של DUT, ומאפשר VNA ו DUT להתחמם לתנאים תרמיים יציבים.קבע את רוחב הפס הרצוי ( רוחב פס קטן יותר מקטין את הרעש אבל מגביר זמן גורף) לבחור רמת כוח מתאימה: מסלק יכול להיות רגיש לנהוג ברמה אם הם מכילים חומר מפריש ליד השכום.

2. קלברס ו-Verification

(ב) ביצוע מלא של שתי קטגוריות בפסקאות הכבלים, אם מתאם נדרש להתחבר עם DUT, לכלול אותו בשקיקה באמצעות הרחבה נמל או באמצעות טכניקת הסרת הסתגלות.אם מתאם ביושרה על ידי מדידה של thru ידוע (אורך קצר של קו שידור באיכות טובה) או סיום מדויק.

3.חבר את המבודד או את ה- Circulator

(ב) ל[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]], [[1966]], [[1924]]]], [[1966]]]]]], [[1966]], [[1966]], [[1966]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1966]]]]]]]] ב[[1966]], [[

4. איסוף נתונים וניתוח

(ב) ב-Seep) ב-S-parameters בקובץ Touchstone Size (DB) עבור קידוד השידור: SIRFLT:02103FLT:1 ו-SIRLT:212Felos 3 עבור ממריצים, או שווה ערך דרך נתיבים לתפוצה נמוכה ובודדת בתדירות גבוהה (SLT2) או ירידה בתדירות גבוהה יותר, כלומר: 1DIRD2, או ירידה לא צפויה, אם כן, או ירידה בתדירות גבוהה.

5. Post-Processing and Reporting

(החלו את מדדי המפתח: אובדן כניסה מינימלי, בידוד מקסימלי בתוך הלהקה, אובדן החזרה הגרוע ביותר, ובימוי.לעתים קרובות, יצרנים מספקים בידוד מובטח של e.g., 20 dB דקות מ X ל- Y GHz, והמידע הממדד צריך לעמוד בנוחות כי.עבור התייחסות מעשית, FLT:0mini-Circuits's Note על isolatoral TestingFLT1 מספק הנחיות שימושיות ומצופה מזימה.

שיקולים מתקדמים

מדידת רכיבים שאינם הדדיים בתדרי גלי מילימטר או על שבב דורש טיפול נוסף. במדידות Probe-station דורשות multiline TRL או אחרים על-ידי מהירויות על-ידי עופרת להעביר את מטוס ההתייחסות בדיוק לעצות בדיקה.המכשירים פרייט יכולים להיות רגישים טמפרטורה, כך תאים סביבתיים עשויים לשמש כדי להעריך ביצועים מעל -40 מעלות צלזיוס ל- +85C טיפול בכוח.

קצבה נוספת: מכשירים שאינם הדדיים לעתים קרובות מציגים מידה מסוימת של אי-לינאריות בעוצמה גבוהה, מה שהופך S-parameters מעט תלוי ברמת הנהיגה.זה תרגול טוב כדי לאשר כי כוח המדידה הוא באזור ליניארי. , בשלב נמוך מאוד רמות כוח עלול לסבול מיחס אותות לא-לא-מסון גרוע, במיוחד כאשר מדידת ערכים גבוהים.

Simulation ו- Systemאינטגרציה באמצעות קבצים S-Parameter

לאחר שהנתונים מדד S-parameter נשמרים כקובץ Touchstone, ניתן לייבא לתוך כלי סימולציה RF כמו Keysight ADS, NI AWR מיקרוגל Office, או Ansys HFSS. פורמט Touchstone תומך בנתונים מורכבים של תדר תלויות על פני מספר יציאות.מעצבים יכולים להתאים את הממריצים, המסננים, ואנטנות כדי לחזות את ההתנהגות הכוללת, כי הוא מדויק של קולטן, כולל את כל מכשיר ה-שלב, כולל, כולל דיוק, ויציבות של חומר, אשר כולל את השבר, ויציבות, אשר כולל את השבר, ויציבות הסופית, כולל את כל ה-Sphtative, אשר כולל ריצוף, כולל ריצוף, כולל ריצוף, כולל ריצוף, כולל ריצוף, ו-Sphtative, אשר כולל , ו-Sriptative, אשר כולל , אשר כולל , אשר כולל , אשר כולל , אשר כולל , אשר כולל ריצוף של חומר ניקוי מושלם, כולל ריצוף של חומר ניקוי מושלם, כולל ריצוף של חומרת, כולל ריצוף, כולל ריצוף של חומר ניקוי, כולל ריצוף, אשר כולל ריצוף, אשר כולל ריצוף, אשר כולל ריצוף של חומר ניקוי, כולל ריצוף, אשר כולל

(הופנה מהדף שינוי שלב השתקפות-סוג או במגברי כוח מוגנים על ידי מגברי כוח, השלב המדויק לעומת תדירות SIRFLT:0)2103FLT:1 הוא קריטי.כל סטייה מסימולציה יכולה לגרום לביטול הרסני או לולאות משוב לא מקודמות.

שיטות חלופיות וגבולותיהם

בעוד ש- S-parameters הם תקן דה- Facto, ייצוגים אחרים ברשת קיימים. T-parameters (העברת פיזור פרמטרים) שימושיים עבור cascading, אבל הם דורשים המרה זהירה זהירה ולא תמיד מוגדרים עבור רשתות לא הדדיות שבו ההעברה הפוכה היא קטנה מאוד (בעיות מספריות עלולות להתעורר) ו- Y פרמטרים יכולים לנבוע מ S-פרמטרים אבל דורשים קיצור / הם סימנים סבירים לשימוש נמוך יותר.

מלכודות נפוצות וכיצד להימנע מהם

  • (FLT:0) סיום הכרחי על נמלים לא בשימוש: ההרחבה: 1 A עניה של 50 ⁇ ⁇ מציג השתקפות כי מיסקירה כבידוד גרוע או ישירות.תמיד לאמת את אובדן ההחזר של העומס לפני הבדיקה - לחפש עומס עם לפחות - 30 dB חזרה הפסד על פני הלהקה.
  • (FLT:0) סחף: FLT:1rea שינויים סביבתיים או flexure כבל יכול להפיג את דיוק מדידה. Re-calibrate מעת לעת ולהשתמש כבלים של ניסוי עם יציבות שלב טוב.
  • (ב) ,0 , בין ערכי בידוד שליליים: FLTRE:1) כמה מכשירים להציג SFreaLT:2 [12FLT 3: 3] כ- dB חיובי כאשר בידוד הוא עני להבין את האמנה: - 30 dB פירושו 0.001 בגודל ליניארי, שהוא בידוד מעולה.
  • (FLT:0) חשיפת טווח דינמי המקלט VNA:03FLT:1 כאשר מדידה גדולה יותר מ 50 ד"ב בידוד, האות המועבר עשוי להיקבר ברעש. השתמש ב- IFBW (10 הרץ) ומינוף גבוה, או להוסיף מגבר חיצוני בצד המקבל, אם כי זה דורש צעדים נוספים של קיטוב.
  • (FLT:0 Magneticהתערבות: FLT:1 מגנטי שדות חיצוניים יכול להפריע נקודת ההטיה של ferrite. Keep מגנטים, כבלים עתירי גבוה, ואובייקטים מעוררים הרחק מהמכשיר במהלך מדידה.אפילו השדה המגנטי של כדור הארץ יכול להשפיע על עיצובים של רגישות גבוהה.
  • (FLT:0) קוניקטור חוזר על יכולת: FLT:1eur Torque מחבר את הערך שצוין ולהשתמש כבלים ידועים-טוב.חיבורים עניים יכולים להציג אובדן נוסף וריאציות שלב כי משחיתים נתונים S-parameter.

יישומים בתעשיות

Isolators ו-Freators נמצאים ב-SUSAceivers בתחנת הבסיס, מטענים לווייניים, מכונות MRI רפואיות, מחשוב קוונטי (כדי להגן על qubit Readout מעגלים), ו מכ"ם הגנה בכל מקרה, S-parameter מבטיח כי המכשיר יבצע את תפקוד הבידוד שלו מבלי להוסיף אובדן מופרז או יצירת תקלות.

בתחום התעופה וההגנה, המפיצים מועסקים במערכות מכ"ם של כוכבי הלכת בשלבי-ארי כדי לשלב משדר ולקבל ערוצים.מדד S-parameters של כל אחד מהמפיץ חייב להיות עקבי על פני מאות או אלפי מודולים כדי לשמור על דיוק מצורף.בדמיית רפואית, ממריצים להגן על מגברי רדיו MRI יקרים מפני שינוי משתקף כוח עקב עומס המטופל.

כיוונים עתידיים: מגנטים ללא פשרות

מחקר עדכני התמקד במבנים שאינם לינאריים או מגודל זמן שהשגתם של חומרים שאינם בעלי מגנטים גדולים – כל כך קוראים מפיץ ללא מגנטים ומבודדים.המכשירים האלה, לעתים קרובות מבוססים על גלטורים המבוססים על טרנססורטור או קווי שידור מתואמים, הדורשים את שיטות אימות S-פרמטר לינאריות סטנדרטיות.

מסקנה

S-parameters לספק מסגרת אלגנטית, ממוקדת מדידות כדי לאמת ולשלב מכשירים שאינם הדדיים כמו ממריצים ומפיץים.מבין את המריצה המפוזרת לביצוע המדידות VNA מדויקות וייבוא נתונים לסימולציות מערכתיות, מהנדסים מסתמכים על מתודולוגיה זו כדי להבטיח את ביצועי RF חזקים.על ידי שליטה על ה calibration, מדידה וטכניקות פרשנות נדון כאן, יכול לפרוסס באופן בטוח הוא להיות ממריצים ומפיץ כל דבר מסחרי אותות.