s参数的物理意义及定义

网络分析仪中的S参数定义及表达

    我们知道，在高频电路中不能用一个确定的数值来代表这个元器件的特性，因为随着频率的变化其特性也在发生变化。也不能让系统只工作在一个频率上面，此时直流电路中的欧姆定律概念已经失效，现在需要引入网络的概念来分析。无源网络如电阻、电感、电容、连接器、电缆、 PCB线等在高频下会呈现射频、微波方面的特性。也就是说在不同的频率时，电压和电流不同，他们的比值阻抗也不是一个固定值。S参数是表征无源网络特性的一种模型，在仿真中即用S参数来代表无源网络，在射频、微波和信号完整性领域的应用都很广泛。

1. S参数的定义。    S参数即是一种描述元器件在表现为射频特性的高频信号激励下的电气行为的工具，它描述的方法是以元器件对入射信号作出“反应”即“散射”后，从元器件外部“散射”出的可测量的物理量来实现的，测量到的物理量的大小反应出不同特性的元器件会对相同的输入信号“散射”的程度不一样，这种不一样的散射程度就可以用来描述元器件的特性，而且这种表达方法已成为作为一种非常有用的电气模型。 这些物理量被称为入射电压，反射电压，传输电压，等等。很多无源器件如电缆，连接器， PCB走线等传输介质都会表现出这种特性，因此都可以用S参数来表征。

2. S参数的表达。    S参数的表达方式多种多样。在数学表达上是一个矩阵形式，矩阵中的每个数值代表了一定的物理意义。在图形表达上，则是一个横轴表示频率，纵轴表示散射程度的曲线。在仿真中，S参数就是代表了器件特性的一种模型，这个模型在仿真应用中的“输入”是一个叫TouchStone格式的文件。（TouchStone文件后缀为“.snp”, 其中n为设备或者连接网络的端口数目。例如，双口网络的文件名就会这样命名：“filename.s2p”，四口网络就是：“filename.s4p”，以此类推。

3. S参数图。    S参数图可以更加直观地理解S参数的物理意义。S参数图的横坐标表示频率的大小，纵坐标表示幅度或相位的“散射”程度，下图的左边表示S11和S21的幅值S参数图，右边表示S12和S22的幅值S参数图。