s参数的一点总结

微波网络法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。微波网络理论在低频网络理论的基础上发展起来，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Y、Z和S参数可用来测量和分析，Y称导纳参数，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参数对于集中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、电流的困难性，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 Port1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Port1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（Port1），这个值越小越好，一般建议S11< 0.1，即－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0dB，S21越大传输的效率越高，一般建议S21>0.7，即－3dB。

对于端口特征阻抗相等的网络来讲，S参数可以跟入射电压和反射电压直接联系。对于端口特征阻抗不同的网络，用来表示/推导S参数的电压需要归一化，具体是用相应端口的特征阻抗的平方根除端口上的入射和反射电压，分别得到an和bn入射系数和反射系数。这样做使得进入各端口的能量可以用an和bn 统一地表示。而与各端口的特征阻抗无关。从这点上来讲，S参数是定义能量的入射系数和反射系数的，这是其本质物理含义。

  S参数的测量方法：j端口用Vj+驱动，其他端口都匹配（以此保证其他端口没有驱动源），测量Vi-得到Sij。实际上i j 端口在测量时也需要匹配的（注意！！这里驱动端口和负载端口都是接一个参考特征阻抗，例如50欧姆，所谓匹配是指的源阻抗和负载阻抗与特征阻抗相匹配，以方便测量。因此Vj+ 并不一定全部被端口吸收，很可能因为端口的不匹配而产生反射，这就S21 参数并不是最大放大倍数的原因，最大倍数发生在共轭匹配的时候）以上是特征阻看相等的情况，对于不同的情况，用a b 来代替V。

   从这个定义来讲，一个网络确定之后，参数是不变的。但是在ADS的S参数仿真中有些不同。在50M集总滤波器的S参数仿真中，负载、源阻抗跟Term相关（上篇笔记有所说明）。在这里有这样几种可能原因：1其S参数定义不一样（错）2Term在这里是参考阻抗，而不是负载阻抗3网络定义范围不一样（这点可能性小一点）。

  4（错）还有一个可能，值得具体分析。集总参数电路很大的特点是，实际上集总参数是没有特征阻抗的这个概念的，那么如何在集总参数中处理特征阻抗，或者更直接的，确定S参数表达式。回归到S参数的物理含义，结合ADS对于集总参数的S参数的仿真结果，可以进行这样的推测：集总参数中没有特征阻抗的概念，其Sij参数仅仅定义为网络端口j到i的能量传输比值，因而跟负载阻抗相关。（这导致S参数不是一个统一的概念，所以推测的正确性有待验证）。

 补充：通过察看ADS的帮助文件，确认这里用的S参数定义是一致的，即是由原因2：Term在这里是参考阻抗。通过AC仿真，得知对于LC集总参数滤波器，负载阻抗的变化不会影响电压幅度的传输，显然由此可以推断：传输功率变小，效率提高。