S參數(shù)被大量應用于高速電路和高頻電路設計和仿真中，不僅僅是信號完整性和電源完整性工程師需要了解S參數(shù)，對于電子工程師、測試工程師和EMC工程師等等都需要了解，如果看不懂S參數(shù)曲線，那就無從分析頻域信號，在高頻的時候參數(shù)變化也無從說起。

什么是S參數(shù)？

S參數(shù)(S-parameter) 通過指定反射信號的幅度和相位，描述射頻信號如何響應設備端口的值，是高頻與射頻電路中信號反射與傳輸特性的關鍵參數(shù)。

S參數(shù)可以以表格或圖形的形式表示，并且是有價值的測量，因為它們可以洞察設備的整體性能和健康狀況。

S參數(shù)名稱來源于散射 “Scattering parameter”的S。散射參數(shù)能夠完整地描述任何線性、非時變的元件，全面描繪該元件在其可能連接的系統(tǒng)中表現(xiàn)出的特性。散射參數(shù)包含相位信息，因此它們是復數(shù)形式的相量，同時還與頻率有關。一旦知道散射參數(shù)，便可以將它們轉(zhuǎn)換為其他網(wǎng)絡參數(shù)，以便進行電路設計、優(yōu) 化或調(diào)諧。S參數(shù)是網(wǎng)絡分析儀（Network Analyzer）的工作語言。

S參數(shù)是一個復數(shù)矩陣，反映了在頻域范圍內(nèi)的反射信號 / 傳輸信號的特性（幅度/相位）。

信號幅度/相位隨著頻率變化而變化。反映頻率的幅度和/或者相位特性即S參數(shù)

雙端口S參數(shù)

什么是雙端口網(wǎng)絡？

在電子學中，雙端口網(wǎng)絡（一種四端網(wǎng)絡或四極網(wǎng)絡）是指一種具有兩對端子用于連接外部電路的電氣網(wǎng)絡（即電路）或器件。若施加于兩個端子上的電流滿足一項被稱為“端口條件”的基本要求，則這兩個端子便構(gòu)成一個端口：即流入該端口一個端子的電流，必須等于流出該端口另一端子的電流。這些端口構(gòu)成了該網(wǎng)絡與其他網(wǎng)絡相連接的接口，也是施加信號或提取輸出信號的點。在雙端口網(wǎng)絡中，通常將端口1視為輸入端口，將端口2視為輸出端口。

圖 附帶符號定義的雙端口網(wǎng)絡示例。請注意，端口條件已得到滿足：流入每個端口的電流與流出該端口的電流相等。

工作在線性條件下的放大器是典型的非互易網(wǎng)絡，而匹配衰減器則是典型的互易網(wǎng)絡。在以下情況下，我們將假設輸入和輸出分別連接到端口 1 和端口 2，這是最常見的約定。此外，還必須指定系統(tǒng)的標稱阻抗、頻率以及任何其他可能影響器件的因素，例如溫度。

S參數(shù)指元器件反射信號和傳輸信號的特性，因此S參數(shù)包含反射參數(shù)，如S11，S22等；傳輸參數(shù)S12，S21等。

S參數(shù)一直占據(jù)著微波理論和技術中最重要的位置，它們包括了早已為工程師所熟悉的測量項目。

雙端口網(wǎng)絡具有四個S參數(shù)：

S11 是輸入反射系數(shù)。它衡量的是從端口1輸入的信號中，反射回端口1的那一部分。該參數(shù)表明了由于阻抗失配，有多少輸入信號被反射了回來。

S21 是正向傳輸系數(shù)。它衡量的是從端口1輸入的信號中，傳輸至端口2的那一部分。該參數(shù)表明了信號從輸入端到輸出端的傳輸效率。

S12 是反向傳輸系數(shù)。它衡量的是從端口2輸入的信號中，傳輸至端口1的那一部分。該參數(shù)表明了端口1對于從端口2輸入的信號具有多好的隔離度。

S22 是輸出反射系數(shù)。它衡量的是從端口2輸入的信號中，反射回端口2的那一部分。該參數(shù)表明了由于輸出端的阻抗失配，有多少輸出信號被反射了回來。

器件(系統(tǒng))完整的參數(shù)應包含：反射和傳輸特性，參數(shù)反射參數(shù)指標中都應包含幅度和相位信息。對器件(系統(tǒng))的這些參數(shù)描述可采用S參數(shù)。

雙端口器件的S參數(shù)包含四個參數(shù)(N端口器件S參數(shù)包含N^2個參數(shù))。S參數(shù)的定義是基于信號電壓比值的參數(shù)。所以S參數(shù)為矢量。

S參數(shù)下標為器件的端口，具體定義為：第一個數(shù)字代表信號輸出端口，第二個數(shù)字代表信號輸入端。網(wǎng)絡分析儀測試中，被測件與儀表端口1（Port1)連接的端口定義為器件的1端口，與儀表端口2連接的器件端口定義為2端口。

Sab：表示被測件端口b到端口a的傳輸系數(shù)。

例：被測件輸入端為：1端口，輸出端：2端口。

S11：當被測件輸出端接匹配負載，輸入端反射系數(shù)。

S21：當被測件輸出端接匹配負載時，器件 端口1端口2傳輸系數(shù)。

雙端口網(wǎng)絡的S參數(shù)矩陣可能是應用最為廣泛的一種，并可作為構(gòu)建更大規(guī)模網(wǎng)絡所需的高階矩陣的基本單元。 在此情形下，出射波（即“反射波”）、入射波與S參數(shù)矩陣之間的關系可表述為：

 雙端口網(wǎng)絡的 S 參數(shù)特性

復線性增益Complex linear gain

線性增益 G 由下式給出：

這指的是輸出反射功率波與輸入入射功率波之比的線性值，其中所有數(shù)值均以復數(shù)形式表示。對于有損網(wǎng)絡，該比值小于1；而對于有源網(wǎng)絡，其絕對值 |G| > 1。僅當器件的輸入阻抗與輸出阻抗相等時，該值才與電壓增益相等。

標量線性增益 Scalar linear gain

標量線性增益（或線性增益幅值）由下式給出：

這代表增益的幅值（絕對值），即輸出功率波與輸入功率波之比，且等于功率增益的平方根。這是一個實數(shù)值（或標量）量，其中相位信息已被舍棄。

標量對數(shù)增益 Scalar logarithmic gain

增益 (g) 的標量對數(shù)（分貝或 dB）表達式如下：

這種表示方法比標量線性增益更為常用；通常，正值被簡稱為“增益”，而負值則被稱為“負增益”（即“損耗”），其數(shù)值大小相當于以分貝（dB）為單位的損耗量。例如，在 100 MHz 頻率下，一段 10 米長的電纜可能具有 ?1 dB 的增益，這相當于 1 dB 的損耗。

插入損耗 Insertion loss

若兩個測量端口采用相同的參考阻抗，則插入損耗（IL）定義為傳輸系數(shù)幅值 |S21| 的倒數(shù)，并以分貝為單位表示。因此，其計算公式如下：

它是指在測量的兩個參考平面之間引入被測器件（DUT）后所產(chǎn)生的額外損耗。這種額外損耗可能源于 DUT 自身的固有損耗，和/或阻抗失配。當存在額外損耗時，插入損耗被定義為正值。以分貝（dB）表示的插入損耗的負值被定義為插入增益，且其數(shù)值等于標量對數(shù)增益。

輸入回波損耗 Input return loss

輸入回波損耗（RLin）可被視為衡量網(wǎng)絡實際輸入阻抗與標稱系統(tǒng)阻抗值接近程度的一個指標。以分貝表示的輸入回波損耗由下式給出： 。

請注意，對于滿足 |S11| ≤ 1 的無源雙端口網(wǎng)絡，其回波損耗必然是一個非負量，即 RLin ≥ 0。此外還需留意，盡管有時會引起混淆，但回波損耗一詞有時會被用來指代上述定義量的負值；然而，若嚴格依據(jù)“損耗”的定義來看，這種用法在理論上是不正確的。

輸出回波損耗 Output return loss

輸出回波損耗 (RLout) 的定義與輸入回波損耗類似，但它適用于輸出端口（端口 2）而不是輸入端口。其表達式為：

反射系數(shù) Reflection coefficients

假設該網(wǎng)絡在兩個端口均處于理想匹配狀態(tài)，則輸入端口的反射系數(shù) Γin 和輸出端口的反射系數(shù) Γout 分別等同于 S11 和 S22；因此：

由于 S11 和 S22 均為復數(shù)，因此 Γin 和 Γout 亦為復數(shù)。

電壓駐波比 Voltage standing wave ratio

端口處的電壓駐波比（VSWR）通常用小寫字母“s”表示，它是衡量端口匹配程度的一種指標，其作用類似于回波損耗，但屬于一種標量線性量，具體定義為駐波電壓最大值與最小值之比。因此，它與電壓反射系數(shù)的幅值密切相關；進而，它也與輸入端口的S11參數(shù)幅值或輸出端口的S22參數(shù)幅值直接關聯(lián)。

四端口S參數(shù)是什么？

四端口S參數(shù)用于表征四端口網(wǎng)絡。它們包含了關于該網(wǎng)絡四個端口之間反射功率波與入射功率波的信息。

這些參數(shù)常用于分析一對耦合傳輸線，以確定它們之間的串擾量（前提是這兩條傳輸線由兩個獨立的單端信號驅(qū)動），或者確定當有差分信號驅(qū)動通過時，其反射功率與入射功率的情況。許多高速差分信號規(guī)范都通過四端口S參數(shù)來定義通信信道，例如10千兆位連接單元接口（XAUI）、SATA、PCI-X以及InfiniBand系統(tǒng)。