對(duì)于高頻電路，需要采用網(wǎng)分來進(jìn)行分析，此時(shí)需要用到S參數(shù)，可以使用元器件廠家的S參數(shù)也可以自己搭建測(cè)試電路使用網(wǎng)絡(luò)分析儀來測(cè)得S參數(shù)，要想深刻的理解S參數(shù)，需要具備足夠的高頻電子電路的基礎(chǔ)知識(shí)。

在進(jìn)行射頻、微波等高頻電路設(shè)計(jì)時(shí)，節(jié)點(diǎn)電路理論已不再適用，需要采用分步參數(shù)電路的分析方法，這是可以采用復(fù)雜的場(chǎng)分析法，但更多的時(shí)候則采用微波網(wǎng)絡(luò)來分析電路。

對(duì)于微波網(wǎng)絡(luò)而言，最重要的參數(shù)就是S參數(shù)，在個(gè)人計(jì)算機(jī)平臺(tái)邁入GHz階段之后，從計(jì)算機(jī)的中央處理器、顯示界面、存儲(chǔ)器總線到I/O接口，全部走入高頻傳送的國度，所以現(xiàn)在不但射頻通信電路設(shè)計(jì)時(shí)需要了解、掌握S參數(shù)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)甚至消費(fèi)電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師也需要對(duì)相關(guān)知識(shí)有所掌握。

什么是s參數(shù)？

微波系統(tǒng)主要研究信號(hào)和能量兩大問題：信號(hào)問題主要是研究幅頻和相頻特性；能量問題主要是研究能量如何有效地傳輸。

分布參數(shù)電路必須采用場(chǎng)分析法，但場(chǎng)分析法過于復(fù)雜，因此需要一種簡化的分析方法。?微波網(wǎng)絡(luò)法廣泛運(yùn)用于微波系統(tǒng)的分析，是一種等效電路法，在分析場(chǎng)分布的基礎(chǔ)上，用路的方法將微波元件等效為電抗或電阻器件，將實(shí)際的導(dǎo)波傳輸系統(tǒng)等效為傳輸線，從而將實(shí)際的微波系統(tǒng)簡化為微波網(wǎng)絡(luò)，把場(chǎng)的問題轉(zhuǎn)化為路的問題來解決。

微波網(wǎng)絡(luò)理論在低頻網(wǎng)絡(luò)理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來，低頻電路分析是微波電路分析的一個(gè)特殊情況。

微波系統(tǒng)主要研究信號(hào)和能量兩大問題：信號(hào)問題主要是研究幅頻和相頻特性；能量問題主要是研究能量如何有效地傳輸。微波系統(tǒng)是分布參數(shù)電路，必須采用場(chǎng)分析法，但場(chǎng)分析法過于復(fù)雜，因此需要一種簡化的分析方法。

一般地，對(duì)于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)有Y、Z和S參數(shù)可用來測(cè)量和分析，Y稱導(dǎo)納參數(shù)，Z稱為阻抗參數(shù)，S稱為散射參數(shù)；前兩個(gè)參數(shù)主要用于集總電路，Z和Y參數(shù)對(duì)于集中參數(shù)電路分析非常有效，各參數(shù)可以很方便的測(cè)試；但是在微波系統(tǒng)中，由于確定非TEM波電壓、電流的困難性，而且在微波頻率測(cè)量電壓和電流也存在實(shí)際困難。

因此，在處理高頻網(wǎng)絡(luò)時(shí)，等效電壓和電流以及有關(guān)的阻抗和導(dǎo)納參數(shù)變得較抽象。與直接測(cè)量入射、反射及傳輸波概念更加一致的表示是散射參數(shù)，即S參數(shù)矩陣，它更適合于分布參數(shù)電路。

S參數(shù)就是建立在入射波、反射波關(guān)系基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，適于微波電路分析，以器件端口的反射信號(hào)以及從該端口傳向另一端口的信號(hào)來描述電路網(wǎng)絡(luò)。同N端口網(wǎng)絡(luò)的阻抗和導(dǎo)納矩陣那樣，用散射矩陣亦能對(duì)N端口網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行完善的描述。

阻抗和導(dǎo)納矩陣反映了端口的總電壓和電流的關(guān)系，而散射矩陣是反映端口的入射電壓波和反射電壓波的關(guān)系。散射參量可以直接用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量得到，可以用網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)來計(jì)算。

只要知道網(wǎng)絡(luò)的散射參量，就可以將它變換成其它矩陣參量。

二端口網(wǎng)絡(luò)為例說明各個(gè)S參數(shù)的含義：

如圖所示。二端口網(wǎng)絡(luò)有四個(gè)S參數(shù)，Sij代表的意思是能量從j口注入，在i口測(cè)得的能量。如S11定義為從 Port1口反射的能量與輸入能量比值的平方根，也經(jīng)常被簡化為等效反射電壓和等效入射電壓的比值。各參數(shù)的物理含義和特殊網(wǎng)絡(luò)的特性如下：

S11：端口2匹配時(shí)，端口1的反射系數(shù)；

S22：端口1匹配時(shí)，端口2的反射系數(shù)；

S12：端口1匹配時(shí)，端口2到端口1的反向傳輸系數(shù)；

S21：端口2匹配時(shí)，端口1到端口2的正向傳輸系數(shù)。

對(duì)于互易網(wǎng)絡(luò)，有：S12＝S21。

對(duì)于對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)，有：S11＝S22 對(duì)于無耗網(wǎng)絡(luò)，有：（S11）2＋（S12）2＝1 。

S21表示插入損耗，也就是有多少能量被傳輸?shù)侥康亩耍≒ort2）了，這個(gè)值越大越好，理想值是1，即0dB，S21越大傳輸?shù)男试礁?，一般建議S21>0.7，即－3dB。

我們經(jīng)常用到的單根傳輸線，或一個(gè)過孔，就可以等效成一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，一端接輸入信號(hào)，另一端接輸出信號(hào)，如果以Port1作為信號(hào)的輸入端 口，Port2作為信號(hào)的輸出端口，那么S11表示的就是回波損耗，即有多少能量被反射回源端（Port1），這個(gè)值越小越好，一般建議 S11<<0.1，即－20dB。

S21表示插入損耗，也就是有多少能量被傳輸?shù)侥康亩耍≒ort2）了，這個(gè)值越大越好，理想值是1，即 0dB，S21越大傳輸?shù)男试礁?，一般建議S21>>0.7，即－3dB。

如果網(wǎng)絡(luò)是無耗的，那么只要Port1上的反射很小，就可以滿足 S21>>0.7的要求，但通常的傳輸線是有耗的，尤其在GHz以上，損耗很顯著，即使在Port1上沒有反射，經(jīng)過長距離的傳輸線后，S21的值就 會(huì)變得很小，表示能量在傳輸過程中還沒到達(dá)目的地，就已經(jīng)消耗在路上了。

在高速信號(hào)測(cè)試當(dāng)中，會(huì)經(jīng)常用到S參數(shù)，比如需要根據(jù)實(shí)際的測(cè)試案例，演示用網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)測(cè)PCB板上單端走線和差分走線的S參數(shù)等。

編輯：黃飛

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