S参数

S参数矩阵(也称为S矩阵，或散射参数)表示射频电子电路和元件的线性特性(图1)。它是用矢量网络分析仪测量的，描述了在不同频率下反射波和透射波相对于被测器件的入射波的幅值和相位的变化。

根据s参数矩阵，可以计算线性网络的增益、损耗、相位延迟、电压驻波比(VSWR)等特性。s参数与众所周知的阻抗(Z)和导纳(Y)矩阵有关。s参数具有在射频频率下更容易测量的优点，因为测量过程需要有限的特征阻抗作为端口终端。

s参数矩阵可以用来描述具有任意数量端口的网络。在下面的描述中，为了简单起见，我们考虑一个带有两个端口的网络，如图1所示。A (t)和b(t)分别表示端口1处的入射波和反射波输入端口)和端口2(通常称为输出端口）.入射波和反射波与港口终端的电压和电流直接相关，如下定义所示。特性阻抗Z_0.(通常为50Ω)表示用于测量的电路终端。

S参数矩阵的元素是复杂的，可以在a上可视化笛卡儿的阴谋根据星等和相位(图2和3)，或在极坐标图上。的史密斯图表(图4)是s参数绘图的一种特殊的极坐标格式，通常用于输入/输出匹配网络的设计。

使用s参数的好处

s参数适用于描述高频电路和元件的特性，原因有三:

• 比Y或Z矩阵更容易测量:其他等效矩阵描述，例如y或z，需要直接测量设备端口处的电流和电压，以及开放和短路终端。在RF和微波频率下，当它到达开放或短路终端时，这些终止条件会引起入射波的完全反射，这可能导致装置不稳定性。此外，很难在大频率范围内保证开放和短路条件。因为通过终止具有有限特性阻抗的设备端口来使用入射和反射波来测量S参数，所以它们不受任何这些问题的影响。
• 易于转换为其他参数:由于S参数与Z参数（电压为输入/输出电流）直接相关，因此通过线性变换和其他线性矩阵（电流到输入/输出电压），以及通过线性变换的其他线性矩阵（T，ABCD，H），它们可以是易于转换，随后在这些其他格式中使用进行电路分析或模拟。
  射频工具箱™提供了必要的函数，可以轻松地将n端口s参数转换为等价的表示。
• 灵活的分析和仿真:S参数通常以称为Thegstone的标准文件格式存储。大多数RF分析工具和模拟器都可以读取和写入TouchStone文件，从而使其成为交换测量和设计信息的便携式文件格式。

s参数的静态频域分析通常用于设计匹配网络，并可以与优化程序结合，以找到不同需求之间的折衷(图5)。

s参数也可用于与数字信号处理算法相结合的线性网络仿真，以考虑频率依赖效应，如通信链路中的效应。

基本参数概念

如上所述，s参数矩阵提供了反射波和透射波相对于每个端口DUT的入射波和每个工作频率之间的关系。

例如，对于一个双端口设备，你有四个s参数表示网络的双向行为作为频率的函数(图6):

• S11 =输入端口反射
• S12 =反向增益
• S21 =正向增益（线性增益/插入损耗）
• S22 =输出端口反射

根据定义，易于看出，例如，通过将事件波A1施加到端口1来测量S11，并测量相同端口处的反射波B1，而PORT2通过值与值相同的负载阻抗终止。网络的特征阻抗。S11定义为反射波与入射波的比率，并提供输入端口的匹配条件的直接测量（图7）。例如，当S11等于1时，这表示开路;当S11等于-1时，这表示短路;并且S11 = 0表示完美匹配的电路。

在MATLAB和Simulink中使用s参数万博1manbetx

射频工具箱,rf blockset™提供了丰富的功能和对象，使您能够使用滤波器、传输线、放大器、混频器和其他射频组件设计、建模、分析和可视化网络。您可以轻松地读写n端口Touchstone文件—s参数的标准格式。这使得分析射频测量数据和使用集中和分布式网络优化匹配网络的设计变得容易。

例如，RF Toolbox提供了s参数与Z、Y、ABCD、H、G、T网络参数转换的典型函数。还有s参数端口选择和单端共模、差分模转换功能，常用于背板信号完整性分析。

RF Toolbox还提供S参数解除嵌入，级联和可视化的功能，以支持RF测试工程师在典型的任务中。万博1manbetx通过将S参数数据分析任务与测量过程结合，可以自动化，轻松地缩放工作流以测试更广泛的操作场景。

使用RF Toolbox函数rationalfit，可以用一个等效的拉普拉斯传递函数拟合s参数和一般频域数据，然后用于电路分析和时域仿真。这是特别方便的提取RF组件的等效电路表示，信号完整性问题分析，以及匹配网络的设计底板均衡器。

s参数的数据分析和可视化可以很容易地实现自动化，并可按比例放大以提取大量数据的统计信息(图8)。

与RF预算分析仪应用程序，您可以根据增益、功率、噪声系数和三阶非线性分析发射器或接收器的射频预算(图9)。

射频系统设计人员通常从规格开始，如整个系统的增益、噪声系数(NF)和非线性(IP3)，并将这些规格划分到RF级联的不同阶段。通常，他们使用复杂的电子表格对不同的操作条件进行简单的链接分析。RF预算分析仪应用程序为系统工程师提供了一个预算分析框架，包括s参数不匹配、不同阶段的全面可视化和MATLAB^®用于以编程方式分析不同方案的界面。

RF Budget Analyzer应用程序使您可以直接导入双端口调制文件来描述线性RF组件。通过信号带宽进行预算分析，占输入和输出不匹配和热噪声。如果Touchstone文件包括测量的点噪声数据，则此数据将用于预算分析。或者，如果S参数数据是被动的，则与设备衰减相关联的热噪声将包括在分析中。

此外，RF Budget Analyzer应用程序还提供自动生成Simulink的能力万博1manbetx^®使用RF Blockset™的电路包络模拟技术建立链模型(图10)。生成的模型和验证测试平台可用于模拟和验证链行为，使用调制波形，添加干扰信号，以及建模其他不容易分析估计的缺陷。

在MATLAB和Simuli万博1manbetxnk中，您可以建模整个无线通信将射频发射器和接收器连接到基带处理算法(图11);例如，使用LTE或WiFi等符合标准的调制波形。您可以根据误码率(BER)或错误矢量大小(EVM)来估计系统性能。通过电路包络求解器在时域模拟s参数数据，采用有理拟合或基于卷积的方法。