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组件（图1）的线性特性。使用矢量网络分析仪测量，并描述反射波和透射波相对于被测设备（DUT）入射波的变化通过不同频率下的振幅和相位。

从S参数矩阵中，可以计算线性网络的增益、损耗、相位延迟、电压驻波比（VSWR）和其他特性。S参数与已知的阻抗（Z）和导纳（Y）矩阵有关。由于测量过程需要有限的特性阻抗作为端口端接，因此S参数在射频频率下更易于测量。

S参数矩阵可用于描述具有任意端口数的网络。在下面的描述中，为了简单起见，我们考虑一个具有两个端口的网络，如图1所示。a（t）和b（t）分别表示端口1（通常称为输入端口)和端口2（通常称为输出端口).入射波和反射波与端口端子处的电压和电流直接相关，如下定义所示。特性阻抗Z₀（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数的，并且可以在a上显示出来笛卡尔图在幅值和相位方面（图2和图3），或在极坐标图上。这个史密斯圆图（图4）是一种特殊的极坐标图格式，常用于S参数绘图，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部件特性，原因有三：

• 比Y或Z矩阵更容易测量：其他等效矩阵描述，如Y或Z，需要直接测量电流和电压，以及设备端口的开路和短路端子。在射频和微波频率下，这些终止条件导致入射波在到达开路或短路终止时完全反射，这可能导致器件不稳定。而且，在大频率范围内很难保证开路和短路状态。因为s参数是用入射波和反射波测量的，通过有限的特性阻抗终止设备端口，所以它们不受这些问题的影响。
• 易于转换为其他参数：由于s参数通过线性变换与z参数(电压到输入/输出电流)、y参数(电流到输入/输出电压)和其他线性矩阵(T、ABCD、H)直接相关，因此可以很容易地将它们转换为其他格式，用于电路分析或仿真。
  射频工具箱™提供必要的功能，以便将N端口S参数轻松转换为等效表示形式。
• 灵活的分析和模拟：s参数通常存储在一种称为Touchstone的标准文件格式中。大多数RF分析工具和模拟器可以读写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匹配网络的设计，并可与优化例程相结合，以找到不同需求之间的折衷（图5）。

S参数还可用于模拟线性网络，并结合数字信号处理算法，以考虑频率相关效应，如通信链路中的效应。

基本S参数概念

如上所述，S参数矩阵提供了反射波和发射波之间关于每个端口处和每个工作频率的DUT入射波的关系。

例如，对于双端口设备，您有四个S参数，表示作为频率函数的网络双向行为（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

从定义,很容易看到S11,例如,通过测量入射波a1端口1,同时测量反射波b1端口,端口2是终止的负载阻抗相同的价值网络的特性阻抗。S11被定义为反射波与入射波的比值，并提供了输入端口匹配条件的直接度量(图7)。例如，当S11等于1时，表示开路;当S11 = -1时，表示短路;和S11 = 0表示一个完美匹配的电路。

在MATLAB和Simulink中使用S参数万博1manbetx

射频工具箱和射频Blockset™提供丰富的功能和对象，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。您可以使用S参数的标准格式轻松读取和写入N端口Touchstone文件。这使得使用集中和分布式网络分析射频测量数据和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和T网络参数之间转换的典型函数。功能还可用于选择S参数端口和单端转换为共模和差模，这通常用于背板的信号完整性分析。

RF工具箱还提供s参数去嵌入、级联和可视化功能，以支持RF测试工程师的典型任务。万博1manbetx通过将s参数数据分析任务与测量过程相结合，工作流可以实现自动化，并易于扩展，以测试更广泛的操作场景。

使用RF工具箱功能理性，您可以使用等效的拉普拉斯传递函数拟合S参数和一般频域数据，然后将其用于电路分析和时域仿真。这对我们来说特别方便提取射频元件的等效电路表示，信号完整性问题的分析，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自动化和扩展，以提取大量数据的统计信息（图8）。

和RF预算分析应用程序，您可以根据增益、功率、噪声系数和三阶非线性分析发射机或接收机的射频预算（图9）。

射频系统设计者通常从规格开始，例如整个系统的增益、噪声系数（NF）和非线性（IP3），并将这些规格划分为射频级联的不同阶段。通常，他们使用复杂的电子表格在不同的操作条件下执行简单的链接分析。RF Budget Analyzer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以及MATLAB^®用于编程分析不同场景的接口。

RF Budget Analyzer应用程序允许您直接导入双端口Touchstone文件，以描述线性RF组件。预算分析是在信号带宽，考虑输入和输出不匹配和热噪声。如果Touchstone文件包含测量的点噪声数据，则该数据将用于预算分析。另外，如果s参数数据是被动的，则与设备衰减相关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的功能万博1manbetx^®利用射频块集电路包络仿真技术建立链模型™ （图10）。生成的模型和验证试验台可用于使用调制波形模拟和验证链条行为，添加干扰信号，并对其他不易分析估计的缺陷进行建模。

在MATLAB和Simuli万博1manbetxnk中，可以对整个系统进行建模无线通信通过将射频发射机和接收机连接到基带处理算法（图11）的系统；例如，使用符合标准的调制波形，如LTE或WiFi。您可以根据误码率（BER）或错误向量幅度（EVM）估计系统性能。S参数数据由电路包络解算器在时域中使用有理拟合或基于卷积的方法进行模拟。