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

从S参数矩阵，可以计算诸如增益，损失，相位延迟，电压驻波比（VSWR），和线性网络的其他特性的特性。S参数相关的众所周知的阻抗（Z）和导纳（Y）矩阵。S参数具有更易于在RF频率，因为在测量过程中需要有限的特征阻抗为端口终止测量的优点。

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）分别代表端口1上的入射波和反射波（通常称之为入射波和反射波）（通常称为入射波和反射波）。输入端口)和端口2（通常称为输出端口). 如以下定义所示，入射波和反射波与端口端子处的电压和电流直接相关。特性阻抗Z_0.（通常为50Ω）表示用于测量的电路终止。

S参数矩阵的元素是复杂的，可以在a上可视化笛卡尔积在幅度和相位（图2和3）的形式，或者在极坐标图。这史密斯图表（图4）是一种特殊的极坐标图格式流行S参数绘图和经常用于输入/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：

• 更容易比Y或Z的矩阵测量：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™提供了必要的功能来容易地转换N端口S参数成等价表示。
• 灵活的分析和模拟：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。

的S参数静态频域分析通常用于匹配网络的设计，并且可以与优化程序被组合以找到不同的要求之间的折衷（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，你有四个表示网络作为频率的函数（图6）的双向行为S参数：

• 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使用S参数金宝app

射频工具箱和rf blockset™提供了丰富的功能和对象，使您能够设计，建模，分析和使用过滤器，传输线，放大器，混频器和其它RF部件可视化网络。您可以轻松地读取和写入N端口Touchstone文件的-的S参数标准格式。这使得容易分析RF测量数据和优化使用集总和分布式网络的匹配网络的设计。

例如，RF工具箱提供了S参数和Z，Y，ABCD，H，G和T的网络参数之间的转换的典型功能。功能也可用于选择的S参数端口和单端转换到共模和差模，其经常被用于背板的信号完整性分析。

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。金宝app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.，可以适合的S参数与一般的频域数据具有等同拉普拉斯传递函数，其然后可以被用于电路分析和时域仿真。这是特别方便提取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机或接收机的射频预算（图9）。

RF系统设计者通常与规格，例如整个系统的增益，噪声指数（NF），和非线性（IP3）开始，并且在RF级联的不同阶段划分这些规范。通常情况下，他们使用了复杂的电子表格，以便在不同工作条件下进行简单的链接分析。射频预算分析应用程序提供了系统工程师与预算分析的框架，包括S参数不匹配，在不同阶段的综合可视化和MATLAB^®接口以编程分析不同的方案。

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预算分析仪应用程序还提供了自动生成的Simulink的能力金宝app^®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金宝appnk中，可以对整个系统进行建模无线通信将射频发射机和接收机连接到基带处理算法的系统（图11）；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）来估计系统性能。通过电路包络解算器，使用有理拟合或基于卷积的方法，在时域中模拟S参数数据。