S参数矩阵(也称为S矩阵，或散射参数)代表了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，描述了被测设备在不同频率下反射波和透射波相对于入射波的幅值和相位的变化。
图1.双端口RF器件的S参数矩阵。
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参数矩阵可以用来描述任意端口数的网络。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)的入射波和反射波输入端口)和端口2(通常称为输出端口）.入射和反射波与港口终端的电压和电流直接相关，如下面的定义所示。特性阻抗Z0（通常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上可视化笛卡尔图就幅度和相位（图2和3）或在极性图方面。这史密斯圆图（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。
图2。描述声表面波滤波器作为频率函数的双端口s -参数的分贝振幅特性。在2.38 GHz ~ 2.5 GHz的通频带内，衰减最小，S11/S22匹配。
图3. SAW滤波器S21度的相位特性作为频率的函数。在2.38 GHz和2.5 GHz之间的通带中，该阶段是“几乎”的线性。该数据也可用于估计阶段和组延迟。
图4。史密斯绘图可视化s参数的声表面波滤波器作为频率的函数。S11上的标记返回等效输入阻抗和电压驻波比(VSWR)。
使用s参数的好处
s参数适用于描述高频电路和元件特性有三个原因:
- 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，以及在设备端口的开路和短路端子。在射频和微波频率，这些终止条件导致入射波在到达开路或短路终止时的完全反射，这可能导致器件不稳定。此外，在较大的频率范围内很难保证开路和短路状态。因为s参数是通过用有限的特性阻抗终止设备端口的入射波和反射波来测量的，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)以及其他线性矩阵(T、ABCD、H)通过线性变换直接相关，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。 - 分析和仿真灵活:s参数通常存储在名为Touchstone的标准文件格式中。大多数RF分析工具和模拟器都可以读写Touchstone文件，从而使它成为一种可移植的文件格式，用于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参数还可以用于与数字信号处理算法相结合的线性网络的模拟，以考虑频率相关的影响，比如通信链路中的影响。
基本参数概念
如上所述，s参数矩阵提供了关于每个端口和每个工作频率的DUT的入射波的反射波和透射波之间的关系。
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
图6. S参数矩阵的关系表达式。
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定义为反射波与入射波的比值，可以直接衡量输入端口的匹配情况(图7)。例如，当S11等于1时，表示开路;当S11 = -1时，表示短路;S11 = 0表示完全匹配的电路。
图7。表示双端口s参数反射和传输。
在MATLAB和SIMULINK中使用S参数万博1manbetx
射频工具箱,射频Blockset™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。
RF Toolbox还提供了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，工作流可以被自动化，并且很容易地扩展以测试更广泛的操作场景。
使用射频工具箱功能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、噪声图和三阶非线性分析发射器或接收器的射频预算(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路分析。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场景的接口。
RF预算分析仪应用程序可以让你直接导入双端口Touchstone文件来描述线性RF组件。预算分析是在信号带宽上执行的，考虑到输入输出不匹配和热噪声。如果试金石文件包括测量的点噪声数据，该数据将用于预算分析。或者，如果s参数数据是无源的，与设备衰减相关的热噪声将被包括在分析中。
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™的电路包络仿真技术的链模型(图10)。生成的模型和验证试验台可用于通过调制波形、添加干扰信号和建模其他不容易分析估计的缺陷来模拟和验证链行为。
在MATLAB和Simuli万博1manbetxnk中，你可以建模整个无线通信系统通过连接射频发射器和接收器到基带处理算法(图11);例如，使用标准兼容的调制波形，如LTE或WiFi。您可以根据误码率(BER)或错误向量幅度(EVM)来估计系统性能。采用有理拟合或基于卷积的方法，在时域内用电路包络求解器模拟s参数数据。
图11。例子在包括AD万博1manbetx9371发射机的模拟模型中，在S参数天线上加载的非线性RF功率放大器，以及具有用于改进线性度的数字预失真算法的闭合反馈回路。
