對(duì)于高頻電路，需要采用網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái)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(lái)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)。

S參數(shù)對(duì)于仿真和信號(hào)完整性來(lái)說(shuō)，可能是基礎(chǔ)的仿真流程和知識(shí)。

一、S參數(shù)簡(jiǎn)介

S參數(shù)，也就是散射參數(shù)。這些物理量被稱為入射電壓，反射電壓，傳輸電壓，等等。很多無(wú)源器件如電纜，連接器， PCB走線等傳輸介質(zhì)都會(huì)表現(xiàn)出這種特性，因此都可以用S參數(shù)來(lái)表征。

下圖非常形象的表示信號(hào)的走向。a1是入射的信號(hào)，b1是反射的信號(hào)，b2是傳輸?shù)男盘?hào)。S參數(shù)就是建立在這些信號(hào)能量關(guān)系基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。

2、四端口S參數(shù)定義

官方定義

下面用四端口來(lái)具體的量化一下，信號(hào)的傳輸方向如紅色箭頭所示。

我們定義P1為端口1、P2為端口2、P3為端口3、P4為端口4，端口1與端口2是一條傳輸線，端口3與端口4是一條傳輸線。以此為基礎(chǔ)就有了如下定義：

S11：定義為從端口1反射出去的能量(反射波)與從端口1進(jìn)入的能量(入射波)的比值。S21：定義為從端口2輸出的能量(傳輸波)與從端口1進(jìn)入的能量(入射波)的比值。S31：定義為從端口3測(cè)得輸出的能量(傳輸波)與從端口1進(jìn)入的能量(入射波)的比值。S41：定義為從端口4測(cè)得輸出的能量(傳輸波)與從端口1進(jìn)入的能量(入射波)的比值。

S11稱為反射損耗(回波損耗)、S21稱為傳輸損耗(插入損耗)、S31稱為近端串?dāng)_、S41稱為遠(yuǎn)端串?dāng)_。

通常可能會(huì)有好多個(gè)端口，只要記住對(duì)于自己的端口S11S22S33S44表示的是端口自己的反射波與入射波之比，對(duì)于一條傳輸線的兩個(gè)端口S21S43表示的是這條傳輸線的傳輸損耗，對(duì)于兩條傳輸?shù)囊粋€(gè)端口和另外兩個(gè)端口表示的是隔離度，也分為近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_。對(duì)于這四個(gè)指標(biāo)的要求，可能不同的產(chǎn)品有不同的要求。有的可能會(huì)根據(jù)這四個(gè)指標(biāo)來(lái)優(yōu)化走線，有的可能會(huì)提取S參數(shù)，當(dāng)作一個(gè)模型去進(jìn)行一個(gè)完整的電路仿真。

3、S參數(shù)特性

S參數(shù)的三大特性：無(wú)源性（Passivity），互易性（Reciprocal），因果性（Causality）。

無(wú)源性

對(duì)于一個(gè)無(wú)損網(wǎng)絡(luò)，S矩陣一個(gè)單位矩陣，對(duì)于二端口網(wǎng)絡(luò)存在下面關(guān)系式：|S11|2+|S21|2=1，由于沒(méi)有損耗，所以散射的總量是100%。當(dāng)S21大的時(shí)候，S11就會(huì)下一些。對(duì)于無(wú)源的二端口的網(wǎng)絡(luò)|S11|2+|S21|2<1,因此一個(gè)無(wú)源器件的S參數(shù)不會(huì)大于1（0dB）。

互易性

如果一個(gè)器件是可交換方向使用，則Sij=Sji。

因果性

因果性指的是先有激勵(lì)才有輸出。對(duì)于無(wú)源系統(tǒng)的S參數(shù)，由于信號(hào)的傳輸一定會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的延時(shí)，因此無(wú)源系統(tǒng)的S參數(shù)應(yīng)該符合因果性原理的。但實(shí)際測(cè)得的S參數(shù)往往會(huì)由于種種原因產(chǎn)生一定的非因果性，導(dǎo)致不正確的仿真結(jié)果。

S參數(shù)圖可以更加直觀地理解S參數(shù)的物理意義。S參數(shù)圖的橫坐標(biāo)表示頻率的大小，縱坐標(biāo)表示幅度或相位的“散射”程度，下圖的左邊表示S11和S21的幅值S參數(shù)圖，右邊表示S12和S22的幅值S參數(shù)圖。

二、S參數(shù)分析：

簡(jiǎn)單分析S11：下圖顯示的就是相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的回波損耗（S11），圖1是S11的幅值顯示，圖2是dB值顯示，具體換算如下：

一般回波損耗在沒(méi)有特殊要求下要小于-20dB，由下圖可知在112MHz時(shí)，損耗就已經(jīng)大于了-20dB。并且隨著頻率的變大，信號(hào)的損耗也會(huì)變大。

下圖顯示的是相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的插入損耗（S21），通常在沒(méi)有特俗情況下，保證在-3dB以上可以保證信號(hào)正常傳輸，下圖在1G范圍以內(nèi)都是在-3dB以上。