散射参数等效电路无源性修正系统及方法.docx

散射参数等效电路无源性修正系统及方法专利名称：散射参数等效电路无源性修正系统及方法技术领域：本发明涉及一种电路模拟系统及方法，尤其是关于一种散射参数等效电路无源性修正系统及方法背景技术：在低频电路中，电子组件(例如传输线)的尺寸相对于信号的波长而言可以忽略 但在高频微波电路中，由于波长较短，电子元器件的尺寸就无法忽略微波网络法将微波组件等效为电抗或电阻器件，将实际的导波传输系统等效为传输线，从而将实际的微波系统简化为微波网络诸如电抗、电阻等不能够产生电源的电子组件称作无源性电子组件，只包括无源电子组件的电路称作无源性电路散射参数(scattering parameters,简称S参数)测量是微波电路分析的基本手段之一S参数表示的是电路中各个端口之间的信号关系，如反射、损耗、串扰等，并被用来模拟电子元器件在不同频率下的行为目前，在高频微波电路设计中，设计师对从电路中测量得到的S参数，利用向量拟合(vector fitting)算法产生S参数的有理函数(rational function approximation model)，根据该有理函数产生等效电路模型，再利用仿真软件将此等效电路模型与其它电路系统连接后进行时域暂态分析。

若等效电路模型不满足无源性，会造成仿真软件在时域求解过程中无法达到收敛的问题为了保证等效电路模型满足无源性，必须对不具有无源性的等效电路进行修正S参数的有理函数有共通极值(common-pole)及非共通极值(non-common-pole) 两种形式通过实验证明，通过向量拟合产生的S参数的共通极值形式(By Common-pole) 的有理函数曲线偏离S参数原始幅度曲线较远，而使用向量拟合产生的S参数的非共通极值形式(By Non-common-pole)的有理函数更加逼近S参数的原始幅度曲线也就是说，使用向量拟合产生的S参数的共通极值形式的有理函数误差较大，使用向量拟合产生的S参数的非共通极值形式的有理函数精度较高因此，本专利申请针对非共通极值形式所产生的等效电路进行无源性修正发明内容鉴于以上内容，有必要提出一种散射参数等效电路无源性修正系统，可以对非共通极值形式的S参数等效电路进行无源性修正，以解决模拟收敛性问题此外，还有必要提出一种散射参数等效电路无源性修正方法，可以对非共通极值形式的S参数等效电路进行无源性修正，以解决模拟收敛性问题—种散射参数等效电路无源性修正系统，应用于计算装置，该计算装置与量测仪器相连接，该量测仪器量测电路上传输的信号，得到散射参数文件。

该系统包括参数读取模块，用于读取散射参数文件，该散射参数文件包括在不同频率下从电路各端口量测到的散射参数；向量拟合模块，用于对散射参数进行向量拟合产生散射参数的非共通极值形式的有理函数矩阵；无源性判断模块，用于判断上述有理函数矩阵是否满足无源性要求；无源性修正模块，用于当所述有理函数矩阵不满足无源性要求时，对该非无源性的有理函数矩阵进行无源性修正操作；及等效电路产生模块，用于根据上述无源性的有理函数矩阵或者经过修正后得到的无源性有理函数矩阵产生等效电路一种散射参数等效电路无源性修正方法，应用于计算装置，该计算装置与量测仪器相连接，该量测仪器量测电路上传输的信号，得到散射参数文件该方法包括(a)读取散射参数文件，该散射参数文件包括在不同频率下从电路各端口量测到的散射参数；(b) 对散射参数进行向量拟合产生散射参数的非共通极值形式的有理函数矩阵；(c)判断上述有理函数矩阵是否满足无源性要求；(d)当所述有理函数矩阵不满足无源性要求时，对该非无源性的有理函数矩阵进行无源性修正操作；及(e)根据上述无源性的有理函数矩阵或者经过修正后得到的无源性有理函数矩阵产生等效电路相较于现有技术，本发明所提供的散射参数等效电路无源性修正系统及方法，可以对非共通极值形式的S参数等效电路进行无源性修正，以解决模拟收敛性问题。

图1是本发明散射参数等效电路无源性修正系统较佳实施例的应用环境图图2是图1中散射参数等效电路无源性修正系统较佳实施例的功能模块图图3是本发明散射参数等效电路无源性修正方法较佳实施例的流程图图4是图3中步骤S12的实施流程图主要元件符号说明电路10量测仪器20计算装置30S参数等效电路无源性修正系统 31S参数文件32处理器33存储器34参数读取模块311向量拟合模块312无源性判断模块313无源性修正模块314等效电路产生模块31具体实施例方式参阅图1所示，是本发明散射参数(scattering parameters，简称S参数)等效电路无源性修正系统31 (以下简称系统31)较佳实施例的应用环境图该系统31应用于计算装置30该计算装置30还包括处理器33及存储器34如图1所示，该计算装置30与量测仪器20相连接，该量测仪器20用于量测电路10上传输的信号，得到散射参数(scattering parameters,简称S参数)文件32所述S参数文件32包括不同频率点的S参数的值该 S参数文件32可以存储于存储器34中系统31包括程序化代码形式表现的各功能模块，用于利用向量拟合算法根据S参数文件32产生S参数的有理函数矩阵，对该S参数的有理函数矩阵进行分析，以判断是否满足无源性，并在该S参数的有理函数矩阵不满足无源性时，进行修正操作。

所述向量拟合算法是指根据S参数文件32中的频率点与S参数的值的对应关系，拟合出一个频率与S参数的函数关系式所述存储器34用于存储系统31的程序化代码处理器33执行所述程序化代码， 以实现系统31中各功能模块的功能在本实施例中，所述电路10为设计的无源性电路所述量测仪器20为网络分析仪所述计算装置30可以为个人电脑，笔记本，服务器，工作站，或其它具有数据处理功能的电子装置参阅图2所示，是系统31的功能模块图该系统31包括参数读取模块311、向量拟合模块312、无源性判断模块313、无源性修正模块314及等效电路产生模块315以下结合图3所示的方法流程说明系统31的功能模块311 315的功能如图3所示，是本发明散射参数等效电路无源性修正方法较佳实施例的流程图步骤S10，参数读取模块311读取S参数文件32，该S参数文件32是通过量测不同频率下电路10各端口传输的信号得到的步骤S 11，向量拟合模块312对S参数分别进行向量拟合算法，产生如下公式(1) 所示的S参数的非共通极值形式的有理函数矩阵 (5)《2(力...^iw (^)S(S)^S(S)=Sl2(s) ... Sw(s)，其中，，M rh]，+ + .,...... ；.Srj(S)=Yj~附 1Π)SN2{s) ... 5厕(力」5 + P1m3上述公式(1)中，^(力为利用向量拟合算法拟合出的频率与S参数的函数关系式， M代表控制精度，N代表电路10的端口数目，rffl表示残值，pffl代表极值，s = j ω，ω代表角频率，= VzTο步骤S12，无源性判断模块313通过分析，判断公式(1)所示的S参数的非共通极值形式的有理函数矩阵是否满足无源性要求。

以下，参照图4，介绍该步骤S12的详细实施流程首先，步骤S120，无源性判断模块313将S参数的非共通极值形式的有理函数矩阵转换为状态空间矩阵例如，无源性判断模块313将公式(1)所示的有理函数矩阵结合如下公式Oa)及Ob)的表达方式转换为如下公式(3)所示的状态空间矩阵权利要求1.一种散射参数等效电路无源性修正系统，应用于计算装置，该计算装置与量测仪器相连接，该量测仪器量测电路上传输的信号，得到散射参数文件，其特征在于，该系统包括参数读取模块，用于读取散射参数文件，该散射参数文件包括在不同频率下从电路各端口量测到的散射参数；向量拟合模块，用于对散射参数执行向量拟合算法，产生散射参数的非共通极值形式的有理函数矩阵；无源性判断模块，用于判断上述有理函数矩阵是否满足无源性要求；无源性修正模块，用于当所述有理函数矩阵不满足无源性要求时，对该非无源性的有理函数矩阵进行无源性修正操作；及等效电路产生模块，用于根据上述无源性的有理函数矩阵或者经过修正后得到的无源性有理函数矩阵产生等效电路2.如权利要求1所述的散射参数等效电路无源性修正系统，其特征在于，所述无源性判断模块判断上述有理函数矩阵是否满足无源性要求包括将所述有理函数矩阵转换为状态空间矩阵，将转换得到的状态空间矩阵代入汉密尔顿矩阵进行分析，根据汉密尔顿矩阵的特征值是否包括纯虚数值来判断该有理函数矩阵是否满足无源性。

3.如权利要求2所述的散射参数等效电路无源性修正系统，其特征在于，若汉密尔顿矩阵的特征值包括纯虚数值，则无源性判断模块判断所述有理函数矩阵不满足无源性，若汉密尔顿矩阵的特征值不包括纯虚数值，则无源性判断模块判断所述有理函数矩阵满足无源性4.如权利要求1所述的散射参数等效电路无源性修正系统，其特征在于，所述无源性修正模块对非无源性的有理函数矩阵进行无源性修正操作包括将如下公式(1)所示的散射参数的非共通极值形式的有理函数矩阵转换成如下的公式⑵^1O)次20) ... ‘0)S(S)^S(S)=民2⑶...Sm(s)，其中，.....................^M r',J( 1 )An0)之20) ... ⑷ S+ P1n;1“M 1,1M 1,2M rl,N “ZfmrmrTHv+ L 1,2 ··· Lu ι,Nm=l ‘3 Fm m=l ‘3 Fmm=l ‘3 FmM 2,1M 2,2M 2,Λ ..γ πrmST rmST rmm rl,J到=z. 2,i ζ. 2,2 …L· 2,ν =yyy m..Eii ,’、LJ m=1 S Pm m=i S Pm十尸Δ- Δ- Δ- , IJ IJ (2)OT=I i=l J=I Λ 卞 FmM ^lNM 2,Λ M VN,NΣ'ηι'm'mv+ L 2,N ··· L· N,N_m=\ S t pmΛ 十 pmm=l N t pm _公式(2)中的E矩阵表示成公式(3)5.一种散射参数等效电路无源性修正方法，应用于计算装置，该计算装置与量测仪器相连接，该量测仪器量测电路上传输的信号，得到散射参数文件，其特征在于，该方法包括(a)读取散射参数文件，该散射参数文件包括在不同频率下从电路各端口量测到的散射参数；(b)对散射参数执行向量拟合算法，产生散射参数的非共通极值形式的有理函数矩阵；(c)判断上述有理函数矩阵是否满足无源性要求；(d)当所述有理函数矩阵不满足无源性要求时，对该非无源性的有理函数矩阵进行无源性修正操作；及(e)根据上述无源性的有理函数矩阵或者经过修正后得到的无源性有理函数矩阵产生等效电路。

6.如权利要求5所述的散射参数等效电路无源性修正方法，其特征在于，所述(c)包括将所述有理函数矩阵转换为状态空间矩阵；及将转换得到的状态空间矩阵代入汉密尔顿矩阵进行分析，根据汉密尔顿矩阵的特征值是否包括纯虚数值来判断该有理函数矩阵是否满足无源性7.如权利要求6所述的散射参数等效电路无源性修正方法，其特征在于，若汉密尔顿矩阵的特征值包括纯虚数值，则判断所述有理函数矩阵不满足无源性，若汉密尔顿矩阵的特征值不包括纯虚数值，则判断散所述有理函数矩阵满足无源性8.如权利要求5所述的散射参数等效电路无源性修正方法，其特征在于，所述(d)包括将如下公式(1)所示的散射参数的非共通极值形式的有理函数矩阵转换成如下的公式⑵全文摘要一种散射参数等效电路无源性修正方法，包括读取散射参数文件，该散射参数文件包括在不同频率下从电路各端口量测到的散射参数；对散射参数进行向量拟合产生散射参数的非共通极值形式的有理函数矩阵；判断上述有理函数矩阵是否满足无源性要求；当所述有理函数矩阵不满足无源性要求时，对该非无源性的有理函数矩阵进行无源性修正操作；及根据上述无源性的有理函数矩阵或者经过修正后得到的无源性有理函数矩。