什么是插入损耗?请问插入损耗跟s21,s12是什么关系?

原创 Keysight射频测试资料分 2024-12-13 11:35

什么是插入损耗?

插入损耗(Insertion Loss),是指发射机与接收机之间插入电缆或元件产生的信号损耗,通常指衰减 (S21)。插入损耗以接收信号电平的对应分贝(dB)来表示。

通过一幅图可以回答插入损耗和S21, S122的关系。

插入损耗(英文 Insertion Loss), 是指发射机与接收机之间,插入电缆或元件产生的信号损耗,通常指衰减 (S21)。插入损耗以接收信号电平的对应分贝(dB)来表示。

什么是S参数?

A: S-parameters S参数通过指定反射信号的幅度和相位,描述射频信号如何响应设备端口的值。该名称来源于“散射 Scattering parameter”的S。S参数可以以表格或图形的形式表示,并且是有价值的测量,因为它们可以洞察设备的整体性能和健康状况。

S参数是一个复数矩阵,反映了在频域范围内的反射信号 / 传输信号的特性(幅度/相位)。

S参数指元器件反射信号和传输信号的特性,因此S参数包含

反射参数,如S11,S22等;
传输参数, S12,S21等。

传输参数指标:插入损耗;带外抑制;带宽;通带内抖动;群延时等;

下面一幅图介绍S11, S12, S21, S22参数。

S参数一直占据着微波理论和技术中最重要的位置,它们包括了早已为工程师所熟悉的测量项目,例如 S11(输入匹配)、S22(输出匹配)、S21(增益/ 损耗)、S12(隔离度)等,这些测量项目的测试结果可以很方便地导入到电子仿真工具。

图 11

回波损耗是以对数形式(dB) 表示反射系数的一种方法。回波损耗是反射信号低于入射信号的dB 数。回波损耗总是为正数,介于无限大(使用特性阻抗负载端接)和 0 dB(开路或短路端接)之间。另一个表示反射的常用术语是电压驻波比(VSRW),它定义为射频包络的最大值与最小值之比。它等于(1 + r)/(1 – r)。VSWR 的数值范围为1(无反射)到无限大(全反射)。

传输系数的定义为总发射电压除以入射电压(下图)。若发射电压的绝对值大于入射电压的绝对值,则意味着被测器件或系统有增益。若发射电压的绝对值小于入射电压的绝对值,则意味着被测器件或系统有衰减或插入损耗。传输系数的相位部分称为插入相位。

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“本应用指南探讨了矢量网络分析的基本原理。讨论范围包括常用的参数(S参数),另外还回顾了传输线和史密斯圆图等射频基础知识。"

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“散射参数,是网络分析仪(network analyzer)的工作语言。散射参数能够完整地描述任何线性、非时变的元件,全面描绘该元件在其可能连接的系统中表现出的特性。散射参数包含相位信息,因此它们是复数形式的相量,同时还与频率有关。一旦知道散射参数,便可以将它们转换为其他网络参数,以便进行电路设计、优 化或调谐。”

相关信息:

网络分析仪内部框图-双端口

网络分析仪内部框图-双端口

上图所示为网络分析仪内部组成框图.。

为完成被测件传输/反射特性测试, 网络分析仪包含:

1、激励信号源 - 提供被测件激励输入信号。

2、信号分离装置 - 含功分器和定向耦合器件,分别提取被测试件输入和反射信号。

3、接收机 - 对被测件的反射,传输,输入信号进行测试。

4、处理显示单元 - 对测试结果进行处理和显示。

先进的网络分析仪具有开放的结构,可分别使用其信号源和多通道的相干接收机。

反射特性是被测件反射与输入激励的相对比值,网络分析仪要完成该项测试,需分别得到被测件输入激励信号和测试端口反射信号。

网络分析仪内部信号源负责产生满足测试频率和功率要求的激励信号,信号源输出通过功分器均分为两路信号,一路直接进入R接收机,另一路通过开关输入到被测件相应测试口,所以,R 接收机测试得到被测输入信号信息。

激励信号输入到被测件后会产生反射, 被测件端口反射信号与输入激励信号在相同物理路径上传播,定向耦合器负责把同个物理路径上相反方向传播的信号进行分离,提取的反射信号信息进入A接收机。

A/R:为被测试件端口反射特性

当需要测试另外端口反射特性时,需网络分析仪内部开关将激励信号转换到相应测试端口。

传输特性是被测件输出与输入激励的相对比值,网络分析仪要完成该项测试,需分别得到被测件输入激励信号和输出信号信息。

网络分析仪内部信号源负责产生满足测试频率和功率要求的激励信号, 信号源输出通过功分器均分为两路信号,一路直接进入R接收机,另一路通过开关输入到被测件相应测试口,R 接收机测试得到被测输入信号信息。

被测件输出信号进入网络分析仪B接收机B接收机测试得到被测件输出信号信息。

B/R:为被测试件正向传输特性。

当完成反向测试测试时,需要网络分析仪内部开关控制信号流程。

网络分析仪校准的基本分类

网络分析仪校准过程就是通过测试标准件测试系统误差的过程,根据校准消除误差项的不同,网络分析仪校准主要分为频响校准矢量校准。消除误差项目的个数与测试的标准件数目都不同。

频响校准

频响校准(Response)中只测试一个标准件,其中反射测试时为全反射校准件,可使用短路校准件(Short)开路校准件(Open)。一般使用终端短路更接近理想全反射状态。

传输测试时,使用直通校准件(Through)

频响校准的校准过程较简单。但只可确定频响误差这一项误差。频响校准的过程相当于测试归一化过程。既先将测试结果存入存储器中得到参考线,然后用被测件测试结果与其比较。这样可消除参考线中系统误差影响。

频响校准 (Response校准)特點:归一化处理(normalization)

• 简单,使用一个校准件,单次校准操作
• 只能消除跟踪误差(频响误差)
 包含对幅度和相位的归一化处理
• 反射参数测试时,使用开路或短路校准件
• 传输参数测试时, 使用直通校准件

矢量校准

矢量校准要求网络分析仪具有幅度和相位测试能力,它要求测试多个标准件,可消除更多误差项。

要求网络分析仪具有幅度和相位的测试能力,计算误差项的过程中需要联立方程组。矢量校准过程中要求测试多个标准件,从而可消除更多的误差项,保证仪表具有更高的测试精度。

矢量校准特點

 需要测试更多校准件
 可消除更多误差项目,提高测试精度
 要求网络仪具备矢量测试能力
 单端口校准使用开路,短路和负载校准件

双端口校准的数学模型

双端口校准网络分析仪最精确的误差校准方法,因为双端口校准可消除仪表全部的系统误差。上图所示为二端口器件测试中误差的模型。可以看到由于二端口器件存在正反传输特性, 所以器件某端口的匹配情况会对另外端口的测试造成影响。

所以当双端口校准后,仪表只测试某项指标(S11)时也要进行正反两个方向扫描,得到所有S参数。

基于二端口校准的误差模型,二端口校准后, 某一项S参数结果的测试都需要网络分仪表进行正反双向测试。利用另外三个S参数对测试结果进行误差消除运算。

正向测试

正向测试

反向测试

反向测试

l每个S 参数测试与其它3个S参数有关

l每个S 参数测试需要进行正反双向测试

需要更多网络分析仪测试信息,您可点击:

网络分析仪多端口测量解决方案

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