S-Parameter-Dateien in uSimmics (ehemals QucsStudio) importieren und simulieren [2026]

Simulation_
2024.11.02

In uSimmics (ehemals QucsStudio) können Messdaten oder herstellerseitige S-Parameter-Dateien im Touchstone-Format in die Schaltkreissimulation eingebunden werden. Dieser Artikel zeigt am Beispiel eines TDK-Tiefpassfilters den vollständigen Ablauf – von der Komponentenplatzierung über die Schaltungserstellung bis zur Simulationsauswertung.

Was Sie lernen werden

  • Grundbegriffe der S-Parameter (Streuparameter) und deren Anwendungsgebiete
  • Was das Touchstone-Format (.s2p usw.) ist
  • Import-Verfahren für S-Parameter-Dateien in uSimmics (ehemals QucsStudio)
  • Schaltplanerstellung und Einstellung der Simulationsbedingungen
  • Anzeige und Bewertung der Simulationsergebnisse

Was sind S-Parameter?

S-Parameter (Streuparameter) beschreiben das elektrische Verhalten von HF- und Mikrowellenschaltungen. Während konventionelle Schaltungsanalyse auf Strom und Spannung basiert, verhalten sich Signale im Hochfrequenzbereich als Wanderwellen. S-Parameter beschreiben das Verhältnis von reflektierten zu transmittierten Wellen und sind daher der Standard für HF-Analysen.

Parameter Bezeichnung Bedeutung
S11 Eingangsreflexionskoeffizient Anteil des an Port 1 reflektierten Signals. Für VSWR-Bewertung von Antennen.
S21 Vorwärts-Transmissionskoeffizient Anteil des von Port 1 zu Port 2 transmittierten Signals. Gibt Filtergewinnung/-dämpfung an.
S12 Rückwärts-Transmissionskoeffizient Transmission von Port 2 nach Port 1 (Isolation).
S22 Ausgangsreflexionskoeffizient Anteil des an Port 2 reflektierten Signals.

Was ist das Touchstone-Format?

Das Touchstone-Format ist ein branchenübliches Textdateiformat für S-Parameter-Daten. Die Dateiendung gibt die Portanzahl an:

Endung Portanzahl
.s1p 1-Port (z. B. Antenne, Kondensator)
.s2p 2-Port (z. B. Filter, Verstärker)
.s3p 3-Port
.s4p 4-Port (z. B. Balun, Hybridkoppler)

S-Parameter-Dateien werden durch Netzwerkanalysatoren oder Schaltkreissimulatoren erzeugt. Hersteller wie TDK, Murata oder AVX stellen Touchstone-Dateien für ihre HF-Bauelemente auf ihren Webseiten bereit.

Verwendetes Beispielbauteil

Dieser Artikel verwendet den TDK-Tiefpassfilter DEA070787LT-4002A1 als Beispiel. Die S-Parameter-Datei (dea070787lt-4002a1.s2p) ist auf der TDK-Produktseite verfügbar.

Schritt 1: „S parameter file“-Komponente platzieren

  1. Starten Sie uSimmics (ehemals QucsStudio) und erstellen Sie einen neuen Schaltplan.
  2. Wählen Sie im linken Komponentenpanel die Registerkarte „Components“.
  3. Öffnen Sie die Kategorie „system components“.
  4. Wählen Sie die Komponente „S parameter file“ aus der Liste.
  5. Platzieren Sie sie per Drag & Drop oder Klick im Schaltplan-Editor.

Schritt 2: S-Parameter-Datei zuweisen

  1. Doppelklicken Sie auf die platzierte „S parameter file“-Komponente.
  2. Das Eigenschaftsfenster öffnet sich.
  3. Klicken Sie auf „Browse“.
  4. Wählen Sie im Dateiauswahldialog die heruntergeladene .s2p-Datei aus.
  5. Prüfen Sie im Abschnitt „Ports“, dass die Portanzahl auf 2 eingestellt ist.
  6. Klicken Sie auf „Apply“.

Die Verknüpfung zwischen Komponente und S-Parameter-Datei ist nun hergestellt.

Schritt 3: Schaltplan erstellen und Simulationsbedingungen einstellen

3-1. Signalquelle platzieren

  1. Platzieren Sie aus „Sources“ eine „Power Source“ (Ausgangsimpedanz: 50 Ω Standard).

3-2. Schaltung verbinden

  1. Verbinden Sie Port 1 der Quelle mit Port 1 der S-Parameter-Komponente (Eingang).
  2. Verbinden Sie Port 2 (Ausgang) mit einem Abschlusswiderstand oder dem nächsten Schaltungsblock.
  3. Verbinden Sie alle Elemente mit GND.

3-3. S-Parameter-Simulation platzieren

  1. Platzieren Sie aus „Simulations“ die Komponente „S-parameter simulation“.
  2. Doppelklicken und stellen Sie folgende Parameter ein:
Einstellung Wert Hinweis
Graphtyp Logarithmisch Für breite Frequenzbereiche empfohlen.
Startfrequenz 100 MHz Unterhalb der unteren Betriebsfrequenz beginnen.
Stoppfrequenz 10 GHz Obere Betriebsfrequenz des Bauteils berücksichtigen.
Messpunktanzahl 201 Richtwert ca. 10 Punkte/Dekade.

Schritt 4: Simulation ausführen

  1. Wählen Sie „Simulate“ → „Simulate“ oder klicken Sie auf das Zahnradsymbol.
  2. Speichern Sie die Datei, falls ein Dialog erscheint.
  3. Die Simulation wird ausgeführt, Ergebnisse werden automatisch dargestellt.

Simulationsergebnisse auswerten

S21 (Einsetzdämpfung)

  • Durchlassbereich: S21 nahe 0 dB und flach.
  • Sperrbereich: Ausreichende Dämpfung oberhalb der Grenzfrequenz.
  • Grenzfrequenz: Frequenz, bei der S21 = −3 dB.

S11 (Rücklaufverlust)

  • Im Durchlassbereich sollte S11 niedrig sein (≤ −15 dB), um geringe Eingangsreflexion zu bestätigen.

Wichtige Hinweise

  • Stellen Sie sicher, dass der Frequenzbereich der S-Parameter-Datei den Simulationsbereich abdeckt. Extrapolationswerte außerhalb des Dateibereichs sind unzuverlässig.
  • S-Parameter werden unter bestimmten Bedingungen (Temperatur, Biasspannung) gemessen. Stellen Sie sicher, dass die Messbedingungen Ihrem Anwendungsfall entsprechen.
  • S-Parameter aus LTSpice, ADS oder anderen Simulatoren können ebenfalls importiert und mit eigenen Schaltungen verglichen werden.

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