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，描述了在不同频率下反射波和透射波相对于被测器件的入射波的幅值和相位的变化。

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具有任意数量端口的网络。在下面的描述中，为了简单起见，我们考虑一个带有两个端口的网络，如图1所示。A (t)和b(t)分别表示端口1处的入射波和反射波输入端口)和端口2(通常称为输出端口）.入射波和反射波与港口终端的电压和电流直接相关，如下定义所示。特性阻抗Z₀（通常50Ω）表示用于测量的电路终端。

S参数矩阵的元素很复杂，可以在计算机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。这史密斯图表（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元件的特性，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，以及设备端口处的开路和短路终端。在射频和微波频率下，当入射波到达开路或短路端接时，这些端接条件会导致入射波完全反射，从而导致设备不稳定。此外，很难保证在大频率范围内的开路和短路条件。由于S参数是通过使用有限特性阻抗端接设备端口，使用入射波和反射波测量的，因此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，因此它们可以轻松转换，并随后在这些其他格式中用于电路分析或模拟。
  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。
• 灵活的分析和仿真:S参数通常以称为Touchstone的标准文件格式存储。大多数射频分析工具和模拟器可以读取和写入试金石文件，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参数也可用于与数字信号处理算法相结合的线性网络仿真，以考虑频率依赖效应，如通信链路中的效应。

基本参数概念

如上所述，s参数矩阵提供了反射波和透射波相对于每个端口DUT的入射波和每个工作频率之间的关系。

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

从定义中，很容易看出，例如，S11通过向端口1施加入射波a1并在同一端口测量反射波b1来测量，而端口2通过与网络特性阻抗值相同的负载阻抗终止。S11定义为反射波与入射波的比率，并提供输入端口匹配条件的直接测量值（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；S11＝0表示完全匹配的电路。

在MATLAB和SIMULINK中使用S参数金宝app

射频工具箱,射频块集™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S参数去嵌入、级联和可视化功能，以支持RF测试工程师完成其典型任务。通过将S参数数据分析任务与测量过程相结合，工作流程可以自动化，并且可以轻松扩展，以测试更广泛的操作场金宝app景。

使用RF工具箱函数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分析信号完整性问题，设计匹配网络和底板均衡器。

s参数的数据分析和可视化可以很容易地实现自动化，并可按比例放大以提取大量数据的统计信息(图8)。

与射频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。

RF Budget Analyzer应用程序允许您直接导入两端口Touchstone文件来描述线性RF组件。预算分析在信号带宽上执行，考虑输入和输出不匹配以及热噪声。如果Touchstone文件包含测得的斑点噪声数据，则该数据将用于预算分析。或者，如果S参数数据是被动的，则与设备衰减相关的热噪声将包括在分析中。

此外，RF预算分析仪应用还提供了自动生成Simulink的能力金宝app^®使用RF Blockset™的电路包络模拟技术建立链模型(图10)。生成的模型和验证测试平台可用于模拟和验证链行为，使用调制波形，添加干扰信号，以及建模其他不容易分析估计的缺陷。

在MATLAB和Simuli金宝appnk中，您可以建模整个无线通信将射频发射器和接收器连接到基带处理算法(图11);例如，使用LTE或WiFi等符合标准的调制波形。您可以根据误码率(BER)或错误矢量大小(EVM)来估计系统性能。通过电路包络求解器在时域模拟s参数数据，采用有理拟合或基于卷积的方法。