中心議題：

• S參數介紹的由來和含義
• S參數的使用範圍
• S參數在電路仿真中的應用

解決方案：

• 對於高頻電路
  ，需要采用網絡法來進行分析，此時需要用到S參數
• 可以使用元器件廠家的S參數也可以自己搭建測試電路使用網絡分析儀來測得S參數
• 要想深刻的理解S參數，需要具備足夠的高頻電子電路的基礎知識
  

在進行射頻
、微(wei)波(bo)等(deng)高(gao)頻(pin)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)時(shi)，節(jie)點(dian)電(dian)路(lu)理(li)論(lun)已(yi)不(bu)再(zai)適(shi)用(yong)，需(xu)要(yao)采(cai)用(yong)分(fen)布(bu)參(can)數(shu)電(dian)路(lu)的(de)分(fen)析(xi)方(fang)法(fa)，這(zhe)時(shi)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)複(fu)雜(za)的(de)場(chang)分(fen)析(xi)法(fa)，但(dan)更(geng)多(duo)地(di)時(shi)候(hou)則(ze)采(cai)用(yong)微(wei)波(bo)網(wang)絡(luo)法(fa)來(lai)分(fen)析(xi)電(dian)路(lu)，對(dui)於(yu)微(wei)波(bo)網(wang)絡(luo)而(er)言(yan)
，最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)參(can)數(shu)就(jiu)是(shi)S參數。在個人計算機平台邁入 GHz階段之後，從計算機的中央處理器、顯示界麵

、存儲器總線到I/O接口，全部走入高頻傳送的國度，所以現在不但射頻通信電路設計時需要了解

、掌握S參數，計算機係統甚至消費電子係統的設計師也需要對相關知識有所掌握。

S參數的作用S參數的由來和含義
在低頻電路中
，元器件的尺寸相對於信號的波長而言可以忽略(通常小於波長的十分之一)

，這種情況下的電路被稱為節點(Lump)電路

，這時可以采用常規的電壓
、電流定律來進行電路計算。其回路器件的基本特征為：

• 具體來說S參數就是建立在入射波、反射波關係基礎上的網絡參數，適於微波電路分析，以器件端口的反射信號以及從該端口傳向另一端口的信號來描述電路網絡。
• 針對射頻和微波應用的綜合和分析工具幾乎都許諾具有用S參數進行仿真的能力，這其中包括安捷倫公司的ADS（Advanced Design System），ADS被許多射頻設計平台所集成。
• 在進行需要較高頻率的設計時，設計師必須利用參數曲線以及預先計算的散射參數（即S-參數）模型，才能用傳輸線和器件模型來設計所有物理元件。

• 電阻：能量損失（發熱）
• 電容：靜電能量
• 電感：電磁能量

但在高頻微波電路中，由於波長較短
，組件的尺寸就無法再視為一個節點，某一瞬間組件上所分布的電壓
、電(dian)流(liu)也(ye)就(jiu)不(bu)一(yi)致(zhi)了(le)。因(yin)此(ci)基(ji)本(ben)的(de)電(dian)路(lu)理(li)論(lun)不(bu)再(zai)適(shi)用(yong)，而(er)必(bi)須(xu)采(cai)用(yong)電(dian)磁(ci)場(chang)理(li)論(lun)中(zhong)的(de)反(fan)射(she)及(ji)傳(chuan)輸(shu)模(mo)式(shi)來(lai)分(fen)析(xi)電(dian)路(lu)。元(yuan)器(qi)件(jian)內(nei)部(bu)電(dian)磁(ci)波(bo)的(de)進(jin)行(xing)波(bo)與(yu)反(fan)射(she)波(bo)的(de)幹(gan)涉(she)失(shi)去(qu)了(le)一(yi)致(zhi)性(xing)
，電(dian)壓(ya)電(dian)流(liu)比(bi)的(de)穩(wen)定(ding)狀(zhuang)態(tai)固(gu)有(you)特(te)性(xing)再(zai)也(ye)不(bu)適(shi)用(yong)，取(qu)而(er)代(dai)之(zhi)的(de)是(shi)“分布參數”的特性阻抗觀念，此時的電路被稱為分布（Distributed） 電路。分布參數回路元器件所考慮的要素是與電磁波的傳送與反射為基礎的要素
，即：

• 反射係數
• 衰減係數
• 傳送的延遲時間

分布參數電路必須采用場分析法，但場分析法過於複雜，因此需要一種簡化的分析方法。 微wei波bo網wang絡luo法fa廣guang泛fan運yun用yong於yu微wei波bo係xi統tong的de分fen析xi，是shi一yi種zhong等deng效xiao電dian路lu法fa，在zai分fen析xi場chang分fen布bu的de基ji礎chu上shang，用yong路lu的de方fang法fa將jiang微wei波bo元yuan件jian等deng效xiao為wei電dian抗kang或huo電dian阻zu器qi件jian，將jiang實shi際ji的de導dao波bo傳chuan輸shu係xi統tong等deng效xiao為wei傳chuan輸shu線xian，從cong而er將jiang實shi際ji的de微wei波bo係xi統tong簡jian化hua為wei微wei波bo網wang絡luo，把ba場chang的de問wen題ti轉zhuan化hua為wei路lu的de問wen題ti來lai解jie決jue。

一般地，對於一個網絡有Y、Z和S參數可用來測量和分析
，Y稱導納參數，Z稱為阻抗參數，S稱為散射參數
；前兩個參數主要用於節點電路，Z和Y參數對於節點參數電路分析非常有效
，各參數可以很方便的測試；但在處理高頻網絡時
，等效電壓和電流以及有關的阻抗和導納參數變得較抽象。與直接測量入射、反射及傳輸波概念更加一致的表示是散射參數，即S參數矩陣，它更適合於分布參數電路。 S參數被稱為散射參數，暗示為事務分散為不同的分量
，散射參數即描述其分散的程度和分量的大小。

具體來說S參數就是建立在入射波
、反射波關係基礎上的網絡參數，適於微波電路分析，以器件端口的反射信號以及從該端口傳向另一端口的信號來描述電路網絡。 同N端口網絡的阻抗和導納矩陣那樣，用散射矩陣亦能對N端口網絡進行完善的描述。

阻zu抗kang和he導dao納na矩ju陣zhen反fan映ying了le端duan口kou的de總zong電dian壓ya和he電dian流liu的de關guan係xi，而er散san射she矩ju陣zhen是shi反fan映ying端duan口kou的de入ru射she電dian壓ya波bo和he反fan射she電dian壓ya波bo的de關guan係xi。散san射she參can量liang可ke以yi直zhi接jie用yong網wang絡luo分fen析xi儀yi測ce量liang得de到dao
，可ke以yi用yong網wang絡luo分fen析xi技ji術shu來lai計ji算suan。隻zhi要yao知zhi道dao網wang絡luo的de散san射she參can量liang，就jiu可ke以yi將jiang它ta變bian換huan成cheng其qi它ta矩ju陣zhen參can量liang。

下麵以二端口網絡為例說明各個S參數的含義
，如圖所示。

二端口網絡有四個S參數，Sij代表的意思是能量從j口注入，在i口測得的能量，如S11定義為從Port1口kou反fan射she的de能neng量liang與yu輸shu入ru能neng量liang比bi值zhi的de平ping方fang根gen
，也ye經jing常chang被bei簡jian化hua為wei等deng效xiao反fan射she電dian壓ya和he等deng效xiao入ru射she電dian壓ya的de比bi值zhi，各ge參can數shu的de物wu理li含han義yi和he特te殊shu網wang絡luo的de特te性xing如ru下xia：

S11：端口2匹配時，端口1的反射係數
S22：端口1匹配時，端口2的反射係數
S12：端口1匹配時，端口2到端口1的反向傳輸係數
S21：端口2匹配時，端口1到端口2的正向傳輸係數

對於互易網絡，有：S12＝S21 對於對稱網絡

，有：S11＝S22
對於無耗網絡，有：（S11）2＋（S12）2＝1

我們經常用到的單根傳輸線
，或一個過孔，就可以等效成一個二端口網絡，一端接輸入信號，另一端接輸出信號，如果以Port1作為信號的輸入端口，Port2作為信號的輸出端口，那麼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到目的端（Port2）了
，這個值越大越好，理想值是1
，即0dB，S21越大傳輸的效率越高，一般建議S21>0.7，即－3dB。如果網絡是無耗的
，那麼隻要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
，經過長距離的傳輸線後，S21的值就會變得很小
，表示能量在傳輸過程中還沒到達目的地
，就已經消耗在路上了。

S參數在電路仿真中的應用
S參數自問世以來已在電路仿真中得到廣泛使用。針對射頻和微波應用的綜合和分析工具幾乎都許諾具有用S參數進行仿真的能力，這其中包括安捷倫公司的ADS（Advanced Design System）
，ADS被許多射頻設計平台所集成。

在許多仿真器中我們都可以找到S參數模塊，設計人員會設置每一個具體S參數的值。這也和S參can數shu的de起qi源yuan一yi樣yang，同tong樣yang是shi因yin為wei頻pin率lv
，在zai較jiao低di的de頻pin率lv時shi，設she計ji師shi可ke以yi在zai電dian路lu板ban上shang安an裝zhuang分fen立li的de射she頻pin元yuan件jian
，再zai用yong阻zu抗kang可ke控kong的de印yin製zhi線xian和he通tong孔kong把ba它ta們men連lian接jie起qi來lai。在zai進jin行xing需xu要yao較jiao高gao頻pin率lv的de設she計ji時shi，設she計ji師shi必bi須xu利li用yong參can數shu曲qu線xian以yi及ji預yu先xian計ji算suan的de散san射she參can數shu（即S-參數）模型，才能用傳輸線和器件模型來設計所有物理元件。

設計師可以通過網絡分析儀來實際測量S參數，這樣做的好處是可以將器件裝配在與將要生產的PCB相同的PCB上進行測試以得到精確的測量結果。設計師也可以采用元器件廠家提供的S參數進行仿真，據安捷倫EDA部門的一位應用工程師在文章中介紹：“這些數據通常是在與最終應用環境不同的環境中測得的。這可能在仿真中引入誤差”他舉例：“當電容器安裝在不同類型的印製電路板時，電容器會因為安裝焊盤和電路板材料(如厚度

、介電常數等)而存在不同的諧振頻率。固態器件也會遇到類似問題(如 LNA 應用中的晶體管)。為避免這些問題，最好應該在實驗室中測量S參數。但無論如何，為了進行射頻係統仿真


，就無法回避使用S參數模型，無論這些數據是來自設計師的親自測量還是直接從元器件廠家獲得，這是由高頻電子電路的特性所決定了的。