S参数定义、矢量网络分析仪基础知识和S参数测量要点.pdf

S 参数定义、矢量网络分析仪基础知识及 S 参数测量 §1 基本知识 1.1 射频网络 这里所指的网络是指一个盒子， 不管大小如何， 中间装的什么， 我们并不一定知道， 它只要是对 外接有一个同轴连接器，我们就称其为单端口网络 ，它上面 若装有两个同轴 连接器则称为两端口网络 。注意：这儿的网络与计算机网络并不是一回事，计算机网络 是比较复杂的多端（口）网络，这儿主要是指各种各样简单的射频器件（射频网络）， 而不是互连成网的网络。 1 ．单端口网络 习惯上又叫负载 ZL 。因为只有一个口，总是接在最后 又称终端负载 。 最常见的有负载、短路器等，复杂一点的有滑动负载、滑动短路器等。 单端口网络的电参数 通常用阻抗或导纳表示，在射频范畴用 反射系数 Γ （回损、 驻波比、 S11 ）更方便些。 2．两端口网络 最常见、 最简单的两端口网络就是一根两端装有连接器的射频电缆。 匹配特性 两端口网络一端接精密负载（标阻）后，在另一端测得的反射系数， 可用来表征匹配特性。 传输系数与插损 对于一个两端口网络除匹配特性（反射系数）外 , 还有一个传 输特性，即经过网络与不经过网络的电压之比叫作 传输系数 T 。 插损（ IL ） = 20Log │T │dB ，一般为负值，但有时也不记负号， Φ即相移。 V2 两端口的四个散射参量测量 两端口网络的电参数，一般用上述的插损与回损已足， 但对考究的场合会用到散射参量。两端口网络的散射参量有 4 个，即 S11、S21 、S12 、S22 。 S 参数的基本定义： S11： 端口 2 匹配时，端口 1 的反射系数 Г及输入驻波，描述器件输入端的匹配情况， S11=a2/a1; 也可用输入回波损耗 RL=-2Olg( ρ) （能量方面的反应）表示。 S22：端口 1 匹配时，端口 2 输出驻波，描述器件输出端的匹配情况， S22=b2/b1 。 S21：增益或插损， 描述信号经过器件后被放大的倍数或者衰减量。 S21=b1/a1. 对于无源网 络即传输系数 T 或插损，对放大器即增益。 S12：反向隔离度，描述器件输出端的信号对输入端的影响， S12=a2/b2 。 特点： 1、 对于互易网络有 S12＝S21 2、 对于对称网络有 S11＝S22 3、 对于无耗网络，有 S11*S11+S21*S21＝1，即网络不消耗任何能量，从端口 1 输入的能 量不是被反射回端口 1 就是传输到端口 2 上 4 、 在高速电路设计中用到的微带线或带状线， 都有参考平面， 为不对称结构 （但平行双导 线就是对称结构） ，所以 S11 不等于 S22，但满足互易条件，总是有 S12＝S21。 假设 Port1 为信号输入端口， Port2 为信号输出端口， 则我们关心的 S参数有两个： S11 和 S21，S11 表示回波损耗 ，也就是有多少能量被反射回源端 （Port1 ）了，这个值越小越好， 一般建议 S11<0.1 ，即－ 20dB，S21 表示插入损耗， 也就是有多少能量被传输到目的端 （Port2 ） 了，这个 值越大越好 ，理想值是 1，即 0dB，越大传输的效率越高，