ADS基本操作之微波器件基本参数的仿真（二）

  在第一部分，我们介绍了S参数、输入阻抗以及稳定性相关参数的仿真、计算以及查看。本文将继续为大家介绍网络增益、驻波比等参数的仿真与结果查看。

一、网络增益仿真

  增益也是衡量一个网络性能的重要参数，尤其是对于放大器来说，增益是直接衡量其工作性能的参数。对于功率的表示方法，有很多种类型，根据源和负载的反射系数，可以推导出三种类型的增益：功率增益、可用增益以及变换功率增益。

  功率增益是负载吸收的功率与输送到网络的输入功率之比。

  可用增益是来自网络的可用功率与来自功率源的可用功率之比。

  变换功率增益是负载吸收的功率与来自功率源的可用功率之比。

  什么是来自功率源的可用功率呢？我们知道，微波电路中存在反射的情况，功率源发出的功率并不能完全输送到负载，总有一些功率会反射回来，来自功率源的可用功率就是可以从信号源处获得的最大功率，当功率源共轭匹配时，送到网络的输入功率就等于来自功率源的可用功率。同理，来自网络的可用功率就是可以从网络输出的功率中获得的最大功率，当负载共轭匹配时，负载吸收的功率就等于来自网络的可用功率。因此，当功率源与负载均共轭匹配时，功率增益=可用增益=变换功率增益。

  在ADS平台，在小信号模式下也给出了三种增益测量方式，功率增益、电压增益以及最大增益。下面将一一为大家介绍。

1.功率增益

  测量功率增益的控件在Simulation-S_Param列表中，控件名称为PwrGain。点开帮助文档，我们可以看到对于功率增益的定义：

可以看出，功率增益定义为负载吸收的功率与来自功率源的可用功率之比，当负载共轭匹配时，负载吸收的功率等于来自网络的可用功率，此时，功率增益最大。

  添加控件PwrGain，如图所示：

它有三个参数，第一个就是网络测量的S参数值，第二个参数是源阻抗，第三个参数是负载阻抗。一般我们把源阻抗和负载阻抗两个参数填写成端口的形式，这样系统会自动将其指向端口的阻抗值，如：PortZ1、PortZ2.

2.电压增益

  测量电压增益的控件同样也在Simulation-S_Param列表中，控件名称为：VoltGain。点开帮助文档，可以看到对应的定义以及定义式：

文档中写道，电压增益定义为负载的电压值与电压源的电压值之比。添加电压增益的测量控件，如图：

同样，电压增益测量控件有三个输入参数：网络S参数，源阻抗以及负载阻抗。

3.最大增益

  最大增益的控件名称为MaxGain，同样在Simulation-S_Param列表中可以找到。在帮助文档中，我们可以获取其定义：

从中可以获知，最大增益就是在电路处于匹配状态、并且处于绝对稳定状态的情况下，电路的增益。添加该控件，如图：

可以看到，该控件只有一个输入参数，即电路的S参数。

4.三种增益的仿真对比

  对比电路直接使用本文上一部分所使用的电路，因为最大增益要求电路达到稳定状态，所以我们还需要在测试电路中加入稳定性措施，我们在输入端加入一个电阻，如图：

稳定性仿真结果如下：

两个稳定性检验方式都满足，电路达到无条件稳定。下图是该电路的三个增益仿真结果：

可以看出，最大增益的值是三者之间最大的，最小的增益值是电压增益。通过前面的分析我们知道，最大增益是电路完全匹配时的增益，电路中无反射，功率源的功率全部传输至网络，网络的输出功率全部被负载吸收，因此增益最大。功率增益反映的是负载吸收的功率与功率源的最大输入功率之比，当网络与功率源不匹配（共轭匹配）时，功率源输入到网络的功率会有一部分反射回来，因此功率增益的值一般来说是小于最大增益的。而电压增益反映的是负载电压与电压源电压之比，除了会有反射情况的存在，电压源自身也是有内阻的，因此输入至网络的电压永远小于电压源的电压，因此电压增益是三者之间最小的。

二、驻波比

  驻波比在微波电路中也是很重要的一个参数，ADS也有测量驻波比的控件。在Simulation-S_Param列表里可以找到，名称为VSWR，将其加入原理图：

并进行仿真，在仿真结果中显示驻波比：

我们将驻波比的结果与S11结果放在了一起，这是想要说明ADS里值得注意的一个地方。

  其实ADS里仿真出来的S参数，并不是我们理论中定义的S参数值。理论中我们定义S参数为对应端口匹配时，对应的反射系数/传输系数。而ADS里仿真出来的S参数值，是实际电路的反射系数/传输系数。因此此电路中测量得到的S11其实是反射系数，我们在改变电路终端阻抗值时会发现，S11其实也会发生改变，此外，从上述驻波比的仿真结果中也能看得到印证。

  我们知道驻波比与反射系数之间的关系式：

我们可以将Γ值替换为计算得到的S11值，发现驻波比与S11也满足上述关系式。为了直观，我们将驻波比与S11参数以列表数据的格式显示出来，如图：

S11参数的格式设置为幅度/相位，将S11的幅度代入，计算驻波比，不难发现所有的S11参数其实都是电路输入端的反射系数。

三、总结

  本文是《ADS基本操作之微波器件基本参数的仿真》系列文章的第二部分，本文介绍了二端口网络的增益以及驻波比的测量。截止目前，已经介绍了二端口网络S参数的仿真测量、驻波比的仿真测量、稳定性相关系数的仿真测量以及稳定性分析、输入阻抗的仿真与测量。下篇文章，将继续为大家介绍二端口网络的噪声系数等相关参数的仿真测量，并进行一些细节的补充。