Parametri di scattering: Cos'è e a cosa servono?

Cos'è un parametro S?

I parametri S, anche noti come parametri di scattering o matrice S, rappresentano come l'energia RF si muove attraverso una rete a più porte. Rappresentano le proprietà lineari dei componenti elettronici RF e descrivono come l'energia si propaga attraverso una rete elettrica.

La matrice dei parametri S calcola caratteristiche come guadagno, perdita, impedenza, ritardo di fase, e VSWR. I parametri S vengono utilizzati per rappresentare una rete complessa come una semplice "scatola nera" e indicare chiaramente cosa accade al segnale all'interno di quella rete. La scatola nera può contenere qualsiasi cosa, da un resistore, una linea di trasmissione, o un circuito integrato.

Quando si parla di parametri S, il termine "scattering" descrive come le correnti e le tensioni in movimento su una linea di trasmissione siano influenzate quando entrano in contatto con una discontinuità causata dall'introduzione di una rete nella linea di trasmissione.

I parametri S sono ampiamente utilizzati nell'ingegneria elettrica, elettronica e delle comunicazioni per descrivere efficacemente le caratteristiche elettriche delle reti elettriche lineari, in particolare quelle che operano a frequenze elevate e soggette a vari segnali di ingresso a stato stazionario con ampiezze piccole.

I parametri S possono essere utilizzati a qualsiasi frequenza, ma sono principalmente utilizzati nelle reti radiofrequenza (RF) e microonde perché la potenza e l'energia del segnale sono più facili da misurare rispetto alle correnti e tensioni. Le misurazioni dei parametri S devono includere informazioni sulla frequenza oltre all'impedenza caratteristica o di sistema, poiché i parametri S dipendono dalla frequenza.

Una rete o circuito interconnette vari componenti elettrici come resistenze, induttori e condensatori. Una coppia di terminali in cui un segnale può entrare o uscire da una rete è chiamata porta o qualsiasi coppia di terminali in cui viene fornita o da cui viene estratta energia.

Una rete elettrica, o "scatola nera", da caratterizzare utilizzando i parametri S può avere qualsiasi numero, N, di porte, come mostrato nella Figura 1. Le porte sono i punti in cui le correnti elettriche entrano o escono dalla rete. A volte queste sono chiamate coppie di "terminali".

Cosa indicano i parametri S?

I parametri S sono numeri complessi (numeri con parti reali e immaginarie) che possono essere utilizzati direttamente o in una matrice per visualizzare l'ampiezza e/o la fase delle caratteristiche di riflessione o trasmissione nel dominio della frequenza.

Quando un segnale complesso variabile nel tempo passa attraverso una rete lineare, gli spostamenti di ampiezza e fase possono distorcere notevolmente la forma d'onda nel dominio del tempo. Di conseguenza, le informazioni sull'ampiezza e la fase nel dominio della frequenza sono cruciali. I parametri S sono un parametro che supporta entrambe le informazioni e ha molti vantaggi per la caratterizzazione di dispositivi ad alta frequenza.

Quando si specifica un set di parametri S, le seguenti informazioni devono essere definite:

• La frequenza

• L'impedenza caratteristica nominale (spesso 50 Ω)

• L'allocazione dei numeri di porta

• Le condizioni che possono influenzare la rete, come temperatura, tensione di controllo e corrente di polarizzazione, dove applicabile

Dettagli sui parametri S

Secondo l'approccio dei parametri S, una rete elettrica è una "scatola nera" che contiene una varietà di componenti di circuito elettrico di base interconnessi, tra cui resistenze, condensatori, induttori e transistor, e che comunica con altri circuiti tramite porte.

La matrice dei parametri S, che può essere utilizzata per determinare la risposta della rete ai segnali applicati alle porte, è una matrice quadrata di numeri complessi che serve come caratteristica della rete. Una rete elettrica descritta dai parametri S può avere un certo numero di porte.

I parametri S offrono un mezzo versatile per esprimere varie caratteristiche elettriche delle reti o dei componenti, incluse caratteristiche come guadagno, perdita di ritorno, rapporto onda stazionaria (VSWR), stabilità della rete e coefficiente di riflessione.

Fonte: Electrical4u.

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