定义S参数：详解与分析

通过研究一个网络参考面上某种输入量和输出量之间的关系，可以得到一组表征该网络特征的参数。网络参数的表示方法有Y参数、Z参数、H参数等。由于用S参数分析微波电路特别方便，可以直接反映电路网络的传输和反射特性，尤其适合描述晶体管和其他有源器件的特性，因此迅速成为微波领域中应用最广泛的网络参数。

二端口网络是最基本的网络形式，任何一个二端口网络的端口特性都可以用4个S参数来表示，如图5-5所示。图中a1，a2分别是端口1和端口2的入射波，b1，b2分别是端口1和端口2的出射波。从信号流图可以得到：

图5-5　微波二端口网络的信号流图

其中S11，S22，S12和S21为表示网络特性的4个S参数，称为散射参数，式（5-6）也被称为散射方程组。

可以看出，S11是在端口2匹配情况下端口1的反射系数，S22是在端口1匹配情况下端口2的反射系数，S12是在端口1匹配情况下的反向传输系数，S21是在端口2匹配情况下的正向传输系数，即：

一般来说，S11和S22的模均小于1，对于有增益的器件，如微波晶体管，S21的模大于1，S12的模小于1；对于有衰减的器件，S21和S12的模均小于1。

网络分析仪是用来测量射频、微波和毫米波网络特性的仪器，它通过施加合适的激励源被测网络并接收和处理网络的响应信号，计算和量化被测网络的网络参数。网络分析仪有标量网络分析仪和矢量网络分析仪之分。标量网络分析仪只能测量网络的幅度特性，矢量网络分析仪可同时测量网络的幅度、相位和群延时特性。

早期的网络分析仪大都只能进行点频测量，测量在一个或几个固定频率点上进行。但随着射频和微波技术的发展，微波系统及元器件逐步向宽频带方向发展，需要在要求的频带内很多频率点上进行测量才能获得被测网络的宽带特性。而早期的网络分析仪由于只能进行点频手工测量，在进行宽带测量时工作繁琐，效率很低，不能适应现代射频和微波测量要求。现代矢量网络分析仪与早期的网络分析仪相比，主要有3个显著的进步：一是引入了合成扫频信号源，可进行宽带扫频测量，且频率分辨率高，测量速度快，提高了测量效率；二是引入了计算机，智能化水平有了极大提高，可以同时计算并以图形方式显示被测网络的多种参数；三是引入了基于软件的误差修正技术，使宽带测量的精度大幅度提高，并在一定程度上降低了对测试仪器的硬件指标要求。

1）S参数概述

S参数（散射参数）用来描述一个器件如何改变输入的信号，它描述了被测件的反射和传输特性。S参数用约定的数字排列形式表示包含幅度和相位信息的两个复向量的比值关系：S输出/输入，输出指被测件的输出信号端口号；输入指被测件的输入信号端口号。分析仪有四个测试端口，可以测量单端口、双端口、三端口和四端口器件。

例如，将一个双端口器件接入端口1和端口2时可以同时进行4个S参数的测量。这时双端口器件的4个S参数是S11、S12、S21、S22，图5-6对S参数进一步加以说明，图中：

a代表输入到被测件的激励信号；

b代表被测件的反射和传输信号（响应信号）；

S参数为复数线性值，它的测量精度取决于校准件的指标和采用的测量连接技术，也与非测量端口（没有被激励的端口）的端接情况有关。(www.xing528.com)

2）S参数的应用

用S参数可以进行以下参数的测量：

（1）反射测量：SXX（X=1，2，3，4）

①回波损耗

②驻波比（SWR）

③反射系数

④阻抗

⑤S11、S22、S33、S44

图5-6　S参数定义

（2）传输测量：SXY（X=1，2，3，4；Y=1，2，3，4；X≠Y）

①插入损耗

②传输系数

③增益

④群时延

⑤SXY