对回波损耗、反射系数、电压驻波比以及S参数的物理意义的理解有助于更好的进行匹配仿真。以二端口网络为例,如单根传输线,共有四个S参数:S11、S12、S21、S22,对于互易网络有S12=S21,对于对称网络有S11=S22,对于无耗网络有S11*S11+S21*S21=1,即网络不消耗任何能量,从端口1输入的能量不是被反射回端口1就是传输到端口2上了。
在高速电路设计中用到的微带线或带状线,都有参考面,为不对称结构(但平行双导线就是对称结构),故S11不等于S22,但满足互易条件,总是有S12=S21。假设Port1为信号输入端口,Port2为信号输出端口,则关注的S参数为S11和S21,其中S11表示回波损耗,即有多少能量被反射回源端(Port1),该值越小越好,一般建议S11<0.1(-20dB),实际常用值为驻波比<1.5,即回波损耗<-13.98dB;S21表示插入损耗,即有多少能量被传输到目的端(Port2),该值越大越好,理想值为1(0dB),越大传输的效率越高,一般建议S21>0.7(-3dB),如果网络是无耗的,只要Port1上的反射很小,即可满足要求,实际上传输线是有耗的,尤其在GHz以上,损耗很显著。
TX链路如下图所示:
图中,L3、C2、R1组成电路能很好地滤除二次谐波,L1、L2、C1组成三阶T型低通滤波器进行滤波处理,Term1和Term2为S参数端口阻抗。MURATAInclude包含的是村田元件相关模型,S_Param为设置频率范围以及扫描步长。上图为仿真效果图,红线为S11回波损耗,蓝线为S21插入损耗,由图可知仿真效果合理有效,在对相关器件参数进行调整过程中最好调滤波电路后处理谐波电路,如果修改谐波相关参数,则需要通过频谱仪进行相关验证。在具体电路中推荐首先调整电容值观察仿真效果。