【单端S参数与差分S参数转化】

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单端S参数与差分S参数转化

1 单端S参数说明

对于单端信号来说,用单端S参数来描述其传输特性,如常见的2端口网络,其S参数包括S11(1端口回波损耗RL)、S21(插入损耗IL)、S12(插入损耗IL)、S22(2端口回波损耗RL)。其中无源网络中,S12=S21,故只需要知道S11(1端口回波损耗)、S21(插入损耗)、S22(2端口回波损耗)三个参数就可以确定2端口网络的传输特性。
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双端口S参数矩阵如下:
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对于4端口的单端网络来说,其S参数与2端口类似,但是由于接口数量从2个增加到4个,故S参数更加复杂,具体如下图所示
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相比于2端口的S参数,除了每个port的回波损耗RL(即Snn)、每个port的插入损耗IL(即S12、S21、S34、S43),还增加了8个参数,即S13、S14、S23、S24、S31、S32、S41、S42。这8个参数实际上代表了近端串扰(NEXT)、远端串扰(FEXT)。
以S13、S14为例:

  • S13代表,从port1无输入时,在port3输入,在port1上检测到的信号,即port1端口受到port3端口影响的近端串扰;
  • S41代表,从port1无输入时,在port4输入,在port1上检测到的信号,即port1端口受到port4端口影响的远端串扰;
    一般来说,远端串扰比近端串扰更大。
    针对4端口S参数每个参数的具体含义,描述如下:
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通过这16个参数,可以描述出4端口网络的全部特性。

2 差分S参数说明

差分(Differential)S参数又叫混模(Mixed-Mode)S参数、均衡(Balanced)S参数。差分S参数主要描述的是差分端口的回损(RL)、插损(IL)、模态转换损耗等。典型的差分S参数如下所示
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其中,Differential-Differential、Common-Common两个矩阵比较好理解。

  • SDDnn代表从portn输入又从portn输出的差分信号,即portn的差分回波损耗,如SDD11代表从port1输入、从port1输出的差分信号,也即是port1的差分回波损耗;
  • SCCnn代表从portn输入又从portn输出的共模信号,即portn的共模回波损耗,如SCC11代表从port1输入、从port1输出的共模信号,也即是port1的共模回波损耗;
  • SDDnm代表从portm输入,从portn输出的差分信号,即portm到portn的差分插入损耗,如SDD12代表从port2输入、从port1输出的差分信号,即port2到port1的差分插入损耗;
  • SCCnm代表从portm输入,从portn输出的共模信号,即portm到portn的共模插入损耗,如SCC12代表从port2输入、从port1输出的共模信号,即port2到port1的共模插入损耗;
    另外两个矩阵Common-Differential、Differential-Common则代表模态转换,以Common-Differential矩阵为例:
  • SDC11代表从port1输入差分信号,在port1接收到的共模信号;
  • SDC12代表从Port2输入差分信号,在Port1接收到的共模信号;
  • SDC21代表从port1输入差分信号,在port2接收到的共模信号;
  • SDC22代表从port2输入差分信号,在port2接收到的共模信号;
    通过差分S参数矩阵,可以将差分信号的传输特性完整描述出来。

3 单端S参数与差分S参数的转化

差分S参数在本质上来说,就是4端口网络,与单端4端口网络实际上是等价的,通过两种S参数都可以完整的描述4端口网络,所以,二者对于同一个4端口网络的描述时等价的,相互之间时可以相互转化的。
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事实上,所有的仪器都只能测量单端S参数,仿真软件也都是以单端S参数为仿真基础。所以,无论是仪器测量还是软件仿真,在仿真差分S参数时,都是先仿真出单端S参数,再转化为差分S参数的。
单端S参数通过一个矩阵变换转化为差分S参数,公式为:
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对于本节所示的单端S参数和差分S参数的对应图中,最终差分S参数通过单端S参数表示的矩阵为:
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这种转化关系,可以在获得单端S参数后自行运算获得,也可以通过Ansys的Network data explorer或者Hyperlynx中的touchstone viewer计算出来。

参考资料:

1、A Guide for Single-Ended to Mixed-Mode S-parameter Conversions
2、Mixed-Mode S-Parameters and Conversion Techniques文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-786053.html

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