S参数

S参数矩阵（也称为S矩阵或散射参数）表示RF电子电路和部件的线性特性（图1）。它通过矢量网络分析仪测量，并且描述了通过不同频率的幅度和相位来描述反射波和透射波的变化相对于被测器件的入射波（DUT）。

从S参数矩阵，您可以计算诸如增益，丢失，相位延迟，电压驻波比（VSWR）等特性，以及线性网络的其他特征。S参数与众所周知的阻抗（Z）和导纳（Y）矩阵有关。S参数具有更容易测量RF频率的优点，因为测量过程需要有限特征阻抗作为端口终端。

S参数矩阵可用于描述具有任意数量的端口的网络。在以下描述中，为简单起见，我们考虑具有两个端口的网络，如图1所示。（t）和b（t）分别代表入射和反射波，在端口1（通常被称为输入端口）和港口2（通常被称为输出端口）。入射和反射波与端口终端的电压和电流直接相关，如下面的定义所示。特征阻抗z_0.（通常50Ω）表示用于测量的电路终端。

S参数矩阵的元素是复数，并且可以在被可视化笛卡尔图就幅度和相位（图2和3）或在极性图方面。当史密斯圆图（图4）是S-参数绘图流行的特殊Polar图格式，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组件特性，有三个原因：

• 比Y或Z矩阵更容易测量：其它等效的矩阵描述，如Y或Z，需要在该设备的端口的电流和电压，以及开路和短路端子的直接测量。在射频和微波频率，这些终止条件导致入射波的完整反射当它到达开路或短路终止，这会导致设备的不稳定性。此外，它是很难保证在大的频率范围内的开路和短路状态。因为S参数通过终止具有有限的特性阻抗的设备的端口使用测量入射和反射波，它们不影响由任何这些问题。
• 易于转换为其他参数：因为S参数直接相关的Z参数（电压，以输入/输出电流），Y-参数（电流，输入/输出电压），以及其他线性矩阵（T，ABCD，H）通过线性变换，它们可以是容易地转化并随后在这些其他格式电路分析或模拟中使用。
  rf toolbox™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。
• 灵活的分析和仿真：S参数通常被存储在一个名为试金石的标准文件格式。大多数RF分析工具和仿真器可以读取和写入文件的试金石，从而使得它的便携文件格式交换测量和设计信息。

S参数的静态频域分析通常用于匹配网络的设计，并且可以与优化例程组合，以在不同要求之间找到权衡（图5）。

S参数还可用于模拟线性网络与数字信号处理算法组合，以解释用于频率相关的效果，例如通信链路中的效果。

基本S参数概念

如上所述，S参数矩阵提供了相对于每个端口处的DUT的入射波和每个工作频率之间的反射波和发送波之间的关系。

例如，对于双端口设备，您可以使用四个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

从定义，它是很容易看到通过施加入射波a1至端口1，并测量在相同端口的反射波B1即S11中，例如，被测量，而端口2通过负载阻抗相同的值端接于所述网络的特征阻抗。S11被定义为反射波与入射波的比率，并且提供的输入端口（图7）的匹配条件的直接量度。例如，当S11为等于1，这表示开路;当S11等于-1，这代表了短路;和S11 = 0表示完全匹配的电路。

在MATLAB和SIMULINK中使用S参数万博1manbetx

rf toolbox和RF模块库™提供丰富的功能和对象，使您能够使用过滤器，传输线，放大器，混频器和其他RF组件设计，型号，分析和可视化网络。您可以轻松读写N-Port Touchstone文件 - S参数的标准格式。这使得易于分析RF测量数据并优化使用总数和分布式网络的匹配网络的设计。

例如，RF Toolbox提供了S参数和Z，Y，ABCD，H，G和T网络参数之间转换的典型功能。功能也可用于选择S参数端口和单端转换为共模和差分模式，这些模式通常用于背板的信号完整性分析。

射频工具箱还提供了功能的S参数去嵌入，级联和可视化支持RF测试工程师在他们的典型任务。万博1manbetx通过S参数数据分析任务与测量过程相结合，工作流可以是自动化的且容易地按比例放大，以测试范围更广的操作场景。

使用RF工具箱功能RationalFit.，您可以使用等效拉普拉斯传输功能的S参数和一般频域数据，然后可以用于电路分析和时域模拟。这是特别方便的提取的RF组件的等效电路表示的信号完整性问题的分析，和匹配网络的设计和背板均衡器。

S参数的数据分析和可视化可以很容易地自动化和缩放，以提取大量数据的统计信息（图8）。

与之RF预算分析的应用，您可以在增益，电源，噪声系数和三阶非线性方面分析发射机或接收器的RF预算（图9）。

RF系统设计人员通常从规格开始，例如整个系统的增益，噪声系数（NF）和非线性（IP3），并通过RF级联的不同阶段分区这些规格。通常，它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预算分析仪应用程序提供了具有预算分析框架的系统工程师，包括S参数不匹配，不同阶段的全面可视化，以及MATLAB^®用于以编程方式分析不同方案的界面。

射频预算分析的应用程序，您可以直接导入双端口Touchstone文件的描述线性RF组件。通过信号带宽进行预算分析，占输入和输出失配和热噪声。如果Touchstone文件包括测得的光斑噪声数据，该数据将在预算分析中使用。替代地，如果S参数数据是被动的，与设备相关联的衰减的热噪声将被包含在分析中。

此外，RF预算分析仪应用还提供了自动生成Simulink的能力万博1manbetx^®使用RF BlockSet™的电路包络模拟技术的链式模型（图10）。所生成的模型和验证测试台可以用于使用调制波形，添加干扰信号和建模不能容易被分析估计的其他缺陷的链行为的模拟和验证。

在Matlab和Simuli万博1manbetxnk中，您可以模拟整个无线通信通过将RF发射器和接收器连接到基带处理算法来（图11）;例如，使用符合标准的调制波形，例如LTE或WiFi。您可以根据误码率（BER）或错误矢量幅度（EVM）来估计系统性能。S-参数数据在电路包络求解器中模拟了时域，使用了合理的拟合或基于卷积的方法。