什么是S参数- S参数的含义-.docx
什么是S参数？ S参数的含义？微波系统主要研究信号和能量两大问题：信号问题主要是研究幅频和相频特性；能量问题 主要是研究能量如何有效地传输。微波系统是分布参数电路，必须采用场分析法，但场分 析法过于复杂，因此需要一种简化的分析方法。微波网络法被广泛运用于微波系统的分 析，是一种等效电路法，在分析场分布的基础上，用路的方法将微波元件等效为电抗或电 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， 把场的问题转化为路的问题来解决。微波网络理论是在低频网络理论的基础上发展起来 的，低频电路分析是微波电路分析的一个特殊情况。一般地，对于一个网络有丫、Z和S 参数可用来测量和分析，Y称为导纳参数，Z称为阻抗参数，S称为散射参数；前两个参 数主要用于集总电路，Z和Y参数对于集总参数电路分析非常有效，各参数可以很方便的 测试；但是在微波系统中，由于确定非TEM波电压、电流非常困难，而且在微波频率测 量电压和电流也存在实际困难。因此，在处理高频网络时，等效电压和电流以及有关的阻 抗和导纳参数变得较抽象。与直接测量入射、反射及传输波概念更加一致的表示是散射参 数，即S参数矩阵，它更适合于分布参数电路。S参数就是建立在入射波、反射波关系基 础上的网络参数，适于微波电路分析，以器件端口的反射信号以及从该端口传向另一端口 的信号来描述电路网络。同N端口网络的阻抗和导纳矩阵那样，用散射矩阵亦能对N端口 网络进行完善的描述。阻抗和导纳矩阵反映了端口的总电压和电流的关系，而散射矩阵是 反映端口的入射电压波和反射电压波的关系。散射参量可以直接用网络分析仪测量得到， 可以用网络分析技术来计算。只要知道网络的散射参量，就可以将它变换成其它矩阵参 量。下面以二端口网络为例说明各个S参数的含义，如上图所示。二端口网络有四个S参数， Sij代表的意思是能量从j 口注入，在i 口测得的能量，如S11定义为从Portl 口反射的能 量与输入能量比值的平方根，也经常被简化为等效反射电压和等效入射电压的比值，各参 数的物理含义和特殊网络的特性如下：S11：端口2匹配时，端口1的反射系数；S22：端口1匹配时，端口2的反射系数； S12：端口1匹配时，端口 2到端口 1的反向传输系数；S21：端口2匹配时，端口1到 端口 2的正向传输系数；对于互易网络，有：S12=S21；对于对称网络，有： S11=S22 ；对于无耗网络，有：（S11） 2+ （S12） 2=1 ；我们经常用到的单根传输线，或一个过孔，就可以等效成一个二端口网络，一端接输入信 号，另一端接输出信号，如果以Portl作为信号的输入端口，Port2作为信号的输出端 口，那么S11表示的就是回波损耗，即有多少能量被反射回源端（Portl）,这个值越小 越好，一般建议S11v0.1,即一20dB； S21表示插入损耗，也就是有多少能量被传输到 目的端（Port2） 了，这个值越大越好，理想值是1,即OdB, S21越大传输的效率越高， 一般建议 S21>0.7, gp-3dBoS参数在工程测试和理论计算中都得到广泛采用。一般利用各种参数（H, Y,乙S）来对器件进行描述：1、器件的线性模型2、反映器件在不同频率和阻抗端接情况下工作性能3、通过测试来对 器件进行建模4、通过计算对器件进行匹配，阻抗变化等处理 在某些应用中采用器件参数可通过转换由S参数得到.利用S参的优点如下：1、概念与器件性能指标对应2、方便复杂系统分析3、完整反映 被测器件性能4、便于建立器件数学模型5、级连系统的S参数计算6、便于导出H,Y,或 Z等参数7、EDA设计软件的数据格式S参数可全面直观表示一个器件（系统）的性能指标：对于20dB衰减器,20dB为功率对数表示，转换为相应线性电压表示为：0.1 o输入端驻 波比1.2,转换为反射系数为0.09。当然S参数应包含相位信息，对于象衰减器这样的互 易器件，其S12=S21。微波晶体管是非互易器件，其S参数随频率及工作电平变化很 大。器件的生产厂商应提供各频率范围内及直流偏置条件下S参数数值。S参数的定义S11 =输入端反射系数（输入匹配）S22 = W ：小工（输出匹勃S21 =正向不：¥瓷勋512 =反向传输系数%F,匐S2120 dBf 0 LOS21 5/ Ilf0 09S =S11VSWR二1 2旗国国0 O5L0 -S22 VS WR = 1.1S22 08l=30'0 1L © - 20dB S12衰减器S参数S12 0 04 £23°晶体管S参数图1s参数的定义下面以所端口器件为例，介绍S参数的数学定义。S参双端口器件的S参数包含四个参数 （N端口器件S参数包含NY个参数）。S参数的定义是基于信号电压比值的参数，所以S 参数为矢量。S参数下标注的意义是：第一个数字代表信号输出端口，第二个数字代表信号输入端。Sab：表示被测件端口 b到端口 a的传输系数。例：被测件输入端为：1端口；输出端：2端口：S11：当被测件输出端接匹配负载时,输入端反射系数；S21：当被测件输出端接匹配负 载时，器件端口 1P端口2传输系数。双端口 S参数的定义S-parameters电压线性值定义_ ReflectedIncidentTransmitted «»Incidentaf - 0a，二0反向：孙灯亮图2s参数的公式
