我一直覺得，了解了S參數(shù)，就算半只腳踏入了射頻的門。

但是，表征網(wǎng)絡性能的參數(shù)有多種，比如說H參數(shù)，Y參數(shù)，還有Z參數(shù)。

為啥，我們現(xiàn)在用的最多，最熟悉的，還是S參數(shù)呢？

射頻工程師，什么儀器用的最多，毫無質(zhì)疑，應該是矢網(wǎng)。

矢網(wǎng)，就是矢量網(wǎng)絡分析儀，其基本功能，就是測量器件的S參數(shù)。

放大器，濾波器，衰減器，天線等，這些器件的性能的表征，都是用S參數(shù)。

但是為什么呢？

一個兩端口網(wǎng)絡的H參數(shù)，Y參數(shù)和Z參數(shù)的表達式，如下圖所示。

仔細觀察一下，上面的三種表達式，可以發(fā)現(xiàn)，其變量都是總電壓或者總電流，而H參數(shù)，Y參數(shù)，Z參數(shù)，則是連接這些變量的數(shù)。

以H參數(shù)為例，如果想要得到h11，則需要把V2置為0，即輸出短路；想要得到h12，則需要把I1置為0，即輸入開路。

這開路和短路，在低頻的時候，很容易獲得，但是到高頻的時候，想要獲得理想的短路和開路負載，就顯得沒那么容易。

而且，在微波頻率處，測量端口處總電流和總電壓，很難實現(xiàn)。

還有一點，比如放大器這些有源電路，當負載短路或開路時，說不定就自激了。

所以，在微波頻率處，想要以總電流或者總電壓來表征的參數(shù)來衡量器件的性能，顯得不切實際。

需要一種新的表征方法，可以不受上述條件的約束。

那是什么呢？

射頻工程師，應該會很熟悉傳輸線；在射頻或者微波頻率時，使用的傳輸線的特征阻抗通常為50ohm。

如下圖所示，在傳輸線的左側(cè)，有一個源，而源的一部分功率會通過傳輸線傳送給負載。波碰到負載時，又會反射回來一部分。

傳輸線上的某點處無限小的長度，可以等效為R,L,G和C組成的集總電路，如下圖所示。

在傳輸線上某點處，其總電壓的值，是該點處入射電壓和反射電壓的和；而總電流，則是輸入電壓與輸出電壓的差除以傳輸線的特征阻抗。如下圖所示。

現(xiàn)在在傳輸線中插入一個二端口網(wǎng)絡。

如下圖所示。

同上面?zhèn)鬏斁€上總電流和總電壓的表達式類似，A點和B點處的總電流和總電壓為:

已經(jīng)知道H參數(shù)的表達式，把上式中的總電壓和總電流代入H參數(shù)表達式中，即可得到以E11和E12為變量，Er2和Er1為結果的表達式。而f11,f12,f21,f22則是連接上面量的常數(shù)。

假設，把上面等式的左右兩邊，都除以sqrt(Z0)，并進行下圖所示的定義。可以發(fā)現(xiàn)，如果把下面的等式平方，就可以得到功率。

于是，可以得到：

即S參數(shù)。

所以，S參數(shù)不需要測量總電流和總電壓，而且這種測量，在射頻以及微波頻率，是很難實現(xiàn)的；它只需要測量輸入波的功率和輸出波的功率，即可以得到。

而且，隨著網(wǎng)絡分析儀的出現(xiàn)，S參數(shù)就開始普遍被用于微波以及射頻器件性能的表征。

審核編輯：湯梓紅