動態仿真、靜態仿真和瞬態仿真，是3類基礎仿真。S參數仿真是ADS中最重要的仿真方法之一，在分析線性網絡傳輸函數、輸入輸出特性方面應用廣泛，也是射頻二端口網絡中最重要的仿真分析。

今天的內容有點多，也比較費腦子，我分別從：基本概念、S參數仿真面板與仿真控制器、S參數仿真實例目標、實驗目的、電路優化、利用S參數仿真數據建立和導入S2P文件進行總結。

基本概念

1、S仿真基本原理：S參數是在入射波和反射波之間建立的一組線性關系，在射頻電路中，通常用來分析和描述網絡的輸入輸出特性。在進行S參數仿真時，一般將電路視為一個二端口網絡，通過線性化和小信號分析，得到S參數、線性噪聲參數、傳輸阻抗以及傳輸導納等電路參數。ADS中S參數仿真主要包括以下功能：通過分析線性網絡獲得電路的S參數、Y參數、Z參數和H參數等；對電路的群時延進行仿真；對二端口網絡的噪聲特性進行仿真；通過掃描變量獲得電路和S參數有關的參數信息。

2、什么是S參數？S參數的含義？

S參數也就是散射參數。是微波傳輸中的一個重要參數。S12為反向傳輸系數，也就是隔離。S21是正向傳輸系數，也就是增益。S11為反射系數，也就是輸入回波損耗，S22為輸出反射系數，也就是輸出回波損耗。良好的傳輸線，訊號從一個點傳送到另一個點的失真（扭曲），必須在一個可以接受的程度內。S參數是在傳輸線兩端有終端的條件下定義出來的，一般Z0=50Ω，S11表示Port1量反射損失（return loss），主要是觀測發送端看到多大的訊號反射成份；值越接近0越好（越低越好，一般-25~-40dB），表示傳遞過程反射越小，也稱輸入反射系數。S21表示訊號從Port 1傳遞到Port 2過程的饋入損失，主要是觀測接收端的訊號剩多少；值越接近1越好（0dB），表示傳遞過程損失越小，也稱順向穿透系數。

3、阻抗匹配：

阻抗匹配首先來說阻抗變換網絡：電抗元件不消耗功率，那么傳遞給負載阻抗的功率完全取決于Rl。為了使負載獲得功率最大，應該使源阻抗和負載阻抗虛部相反，抵消。因此當一個恒壓源阻抗和負載阻抗成共軛復數時，負載從電源上獲得的功率最大，阻抗變換的目的就實現了。阻抗變換網絡就是為了實現阻抗匹配。

4、史密斯圓圖

史密斯圓圖是一款用于電機與電子工程學的圓圖，主要用于傳輸線的阻抗匹配上。一條傳輸線的電阻抗力會隨其長度而改變。史密斯圓圖是反射系數的極坐標圖，反射系數也可以從數學上定義為端口散射參數，即S11。反射系數定義為反射波電壓與入射波電壓之比。

S參數仿真面板與仿真控制器

1、標準S參數仿真控制器（S-PARAMETERS）

主要設置S參數仿真的頻率掃描范圍、仿真選項以及噪聲分析等內容。

2、S參數仿真測試控制器（S-PARAMETER TEST LAB）

其參數與標準S參數仿真控制器設置的參數基本相同。

3、S參數掃描方案控制器（SWEEP PLAN）

用戶可以在控制器中設置掃描方案，對多個變量進行掃描分析。

4、參數掃描控制器 （PARAMETER SWEEP）

參數掃描控制器，在控制器中可以設置S參數仿真的掃描變量、仿真控制器等信息。其中“Sweep Var=”表示進行仿真時設置掃描變量；“SimInstanceName[1]...[6]=”表示對指定的放著呢控制器設置參數掃描，“Start”、“Stop”、“Step”參數與標準S參數仿真控制器中參數定義相同。

5、S參數仿真選項控制器（OPTION）

S仿真選項控制器，與直流仿真、交流仿真、瞬態仿真中的功能相同，對電路中的環境溫度、設備溫度、仿真收斂性等內容進行設置。

6、終端（Term）

在終端中可以定義網絡端口和阻抗信息，默認情況下為阻抗50歐姆，該元件是進行S參數仿真不備元件。

7、最大增益控制器（MaxGain）

主要用于在仿真中的最大增益。

8、功率增益控制器（PwrGain）

主要用于在仿真中分析電路的最大功率增益。

9、電壓增益控制器（VoltGain）

主要用于在仿真中分析電路的最大電壓增益。

10、駐波比控制器（VSWR）

主要用于在仿真中分析電路的駐波比。

11、輸入導納控制器（YIN）

主要用于在仿真中分析電路的輸入導納，在數據顯示窗口中可以顯示其矩形圖或數據列表。

12、輸入阻抗控制器（Zin）

主要用于在仿真中分析電路的輸入阻抗，在數據顯示窗口中可以顯示其矩形圖或數據列表。

13、史密斯圓圖控制器

包括增益圓圖、噪聲系數圓圖、穩定性圓圖等類型，主要用于在仿真中分析電路的不要數據的各類圓圖，并進行顯示。

S參數仿真實例目標

在仿真中將放大器視做一個二端口網絡，以獲得放大器S（2，1）和S（1，1）參數值。之后通過建立匹配電路進行優化，使放大器S參數在2.4GHz頻率時滿足以下要求。S(2,1)大于10dB，即放大器贈與大于10dB；S(1,1)小于-10 dB，即放大器反射小于-10dB。

實驗步驟

1、在之前的基礎上建立下面的原理圖

2、圖中的Term和表示的是阻抗為50Ω的終端，S-PARAMETERS是進行S參數仿真的參數控制器，在Simulation-S_Param中，如下圖：

3、接下來，進行仿真，顯示S（2，1）隨頻率變化的圖形和S（1，1）的史密斯圓圖。

4、分別標記在2.4G頻率下的情況，可以看到S(2,1)唯一達到10dB的要求。

5、S(1,1)顯示的是歸于化后的阻抗值Z0，這里需要雙擊數據，把Z0設置為50歐姆，計算出S(1,1)。

由上圖的S(2,1)和S(1,1)可以看出不滿足條件，由史密斯圓圖可以看出輸入阻抗與50Ω不匹配，離原點還很遠，造成反射，所以要對放大電路進行匹配電路設計。（當一個恒壓源阻抗和負載阻抗成共軛復數時，負載從電源上獲得的功率最大，阻抗變換的目的就實現了。）

電路優化

在電路優化仿真之前需要了解一個優化控制器面板“Optim/Stat/Yield/DOE”中的優化仿真控制器（Optim）、優化目標（Goal）等，這里我們只用到了這兩個。

對電路的阻抗進行匹配，就是對匹配電路的電感和電容值進行優化，所以需要設置電感和電容值。具體的方法是：在輸入端插入一個電感L3和一個電容C3組成的L型匹配電路，在輸出端插入電容C4和一個電感L4組成的L型匹配電路，之后對這些值進行優化。由于之后需要對匹配電路的電感和電容值進行優化，所以需要設置電感和電容值具有一定的優化范圍。以輸入匹配電路中的電感L3為例，具體方法如下，雙擊電感，彈出設置對話框，如圖所示。

1、雙擊L3，出現如下界面，選擇Tune/Opt/Start/DOE Setup ...表示調整，優化，開始等。

在Optimization Status優化狀態選擇使能，填寫最大值和最小值，選擇OK。同樣對于C3、C4電容的容值和L4的電感值也這樣設置。電容的值范圍設置為0.01pf到3pf，電感范圍設置為1nH到40nH。

設置完成之后輸入輸出阻抗匹配的電路如下：

2、在原理圖窗口中選擇優化控制器面板“Optim/Stat/Yield/DOE”，選擇優化控制器Optim插入原理圖中。設置迭代的優化次數Maxlters為200。

3、優化控制器需要與優化目標配合才能，所以繼續在優化控制器面板“Optim/Stat/Yield/DOE”中選擇兩個優化目標GOAL，插入原理圖中，并雙擊GOAL進行設置，dB(S(1,1)、dB(S(2,2)表示優化的目標值，”SP1”表示優化的目標控制器是SP1，目標的最大值是-10dB，頻率范圍是2350MHz和2450MHz，分別對兩個GOAL進行設置。

4、最終完成的電路圖如下圖所示：

5、選擇Simulate->Optimize

6、點擊Coutinus和Simulate，得到優化后的數據。

7、運行完成之后，選擇Update Design...，點擊OK,這時，就可以看到原理圖中的值根據我們匹配的值進行了改變。

如果沒有更新，還可以Simulate->Update Optimization Value

8、跟新之后對電路進行仿真，可以發現優化之后的S(1,1)和S(2,2)都小于-10dB，滿足了要求。

9、接著繼續插入史密斯圓圖，添加S(1,1)和S(2,2)，修改阻抗值Z0為50，進行標注，可以發現相比與之前更接近史密斯遠點，所以達到了設計的目標。

利用S參數仿真數據建立和導入S2P文件

1、寫入，在實際的射頻系統設計中，許多射頻元件和電路都是由S2P文件格式提供的。用戶在自己進行設計時，也可以生產S2P文件，以方便在系統設計時進行調用。方法如下：

在dftool/mainWindow中進行設置，根據如下，寫入。

寫入完成之后在eesofdftool中會顯示File write was successful。

2、調用生產的S2P文件進行仿真，新建一個原理圖并保存，在Data Items中選擇S2P這個元件進行插入，并雙擊進行設置，最后進行應用和OK。

接下來，添加S參數仿真控件和輸入輸出端口，連線，并設置好，如下圖：

接下來就可以進行S參數仿真，可以發現也之前的仿真是一樣的。

好了，今天的筆記就記錄就在這里了，內容有點多，希望對大家有幫助。