Sパラメータシミュレーション仕様
このページでは、電子回路シミュレータ「ざわざわシミュレータ」のSパラメータシミュレーションについて解説しています。Sパラメータの意味・定義・計算方法については、関連ドキュメント
− Sパラメータとはなにか
− Sパラメータ計算例
をご参照ください。
Sパラメータ解析概要
Sパラメータとは、図1の二端子対回路の入力端子の電圧・電流(V1,I1)が入射波成分・反射波成分(a1,b1)の和として、出力端子の電圧・電流(V2,I2)についても入射波成分・反射波成分(a2,b2)の和として構成されると考えたときの、進行波成分a1,b1,a2,b2間の関係をいいます。
Sパラメータの定義
入力端子の電圧・電流(V1,I1)と進行波成分(a1,b1)の関係は、次式のようになります。出力端子についても同様です。
入射波・反射波と端子電圧・電流の関係
Z0は、端子電圧・電流(V1,I1)から進行波成分(a1,b1)を求める際のパラメータで、「特性インピーダンス」または「リファレンスインピーダンス」といいます。
特性インピーダンスは、入力端子側・出力端子側について別々に設定できますが、通常は両方とも50Ωにします。ただし、出力端子をショートしてインピーダンスを求める場合、信号源抵抗が50Ωでない回路のインピーダンスマッチング回路を解析する場合などは、50Ω以外の値に設定します。
Sパラメータシミュレーションの設定
Sパラメータシミュレーションをおこなうには、以下のように設定します。
- 電力源(powersource)を使用します。
- 各電力源のプロパティダイアログのval欄に「Z0=50」(50Ωの場合)と入力して特性インピーダンスを設定します。
- シミュレーションコマンドは「.SP LIN(またはDEC) データポイント数 開始周波数 終了周波数」の形式(.ACと同じ形式)で記述します。
Sパラメータは次式によって計算されます。
S11=負荷側をZ02で終端したとき信号源側からみた反射係数=Z11−Z01Z11+Z01|VS2=0S22=信号源側をZ01で終端したとき負荷側からみた反射係数=Z22−Z02Z22+Z02|VS1=0S21=負荷側をZ02で終端したときの順方向伝達関数=V2VS1/2√Z01Z02|VS2=0S12=信号源側をZ01で終端したときの逆方向伝達関数=V1VS2/2√Z02Z01|VS1=0Z11は信号源側から2端子対回路をみたインピーダンス、Z22は負荷側から2端子対回路をみたインピーダンスです。
シミュレーション例
Sパラメータファイル(s2pファイル)のフォーマット
Sパラメータファイルは
- ! で始まるコメント行
- # で始まるオプション行
- データ行(スペースまたはタブ区切り数値)
から構成されます。
オプション行のフォーマット
# で始まるオプション行には、
- 周波数の単位(Hz/MHz/GHz)
- Sパラメータのフォーマット(RI: 実部と虚部 / MA: 絶対値と偏角 / DB: 絶対値のdBと偏角)
- 特性インピーダンス
を記述します。偏角は(ラジアンではなく)度で記述します。たとえば以下のようになります
# GHz S MA R 50 # Hz S dB R 50 # Hz S RI R 50
データ行フォーマット(s2pファイル)
s2pファイルのデータ行は、空白またはタブ区切りで周波数, S11, S21, S12, S22の順に記述します(S21→S12の順に注意)。データ行は9列で構成され、並びは以下のようになります。
! S parameters # Hz S MA R 50 ! freq S11(mag) S11(deg) S21(mag) S21(deg) S12(mag) S12(deg) S22(mag) S22(deg)
! S parameters # Hz S RI R 50 ! freq S11(real) S11(imag) S21(real) S21(imag) S12(real) S12(imag) S22(real) S22(imag)
データ行フォーマット(s3pファイル, snpファイル n≥3)
s3pファイルのデータ行は、
周波数 S11 S12 S13[改行]
S21 S22 S23[改行]
S31 S32 S33[改行]
のように、各周波数に対するデータを3行を使用して記述します。同様にsnpファイルではn行を使用して記述します。
! S parameters # Hz S MA R 50 ! freq S11(mag) S11(deg) S12(mag) S12(deg) S13(mag) S13(deg) ! S21(mag) S21(deg) S22(mag) S22(deg) S23(mag) S23(deg) ! S31(mag) S31(deg) S32(mag) S32(deg) S33(mag) S33(deg)
注意事項
s2pファイルは、周波数f1,f2,f3,...におけるパラメータ値が与えられますが、たとえばf1とf2の間の周波数におけるSパラメータは、線形補間した値を使用しています。