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二、S参数的表达方式

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。

· S参数矩阵

S参数矩阵如图二所示。对传输网络的输入输出端口都要编上数字，数字次序不一样代表的物理含义不一样。如Sij表示为入射端口为j，检测端口为i。记住这 个次序就不会混淆矩阵中每个符号的含义。反射表示为i=j，传输表示为i≠j，因此，对于一个n端口的网络，就有n的平方个参数值，将这些数值列在一起就 组成了S参数矩阵。

S参数是两个物理量的比值，因此严格讲是没有单位的，但通常当表示幅值的S参数时，一般按对数的算法，最终用dB来表示，表一是dB和衰减比值之间的关系。

我们先用二端口网络来了解S参数矩阵中的数值在理论上如何得到的。图三为测量二端口网络前向S参数时的微波功率传输示意图。入射能量（a1）输入到端口 1，有一部分能量（b1）被反射回来，另外一部分能量（b2）输出到端口2。S参数只能在输入、输出端口完全匹配的条件下才能确定。

测量“前向”S参数时，在输入端施加激励信号，在输出端接匹配电阻。

S11=b1/a1=反射功率/入射功率。 S11表示在输出端端接匹配情况下的输入端反射系数，通常被称为回波损耗（return loss）。

S21=b2/a1=输出功率/输入功率。 S21表示在输出端端接匹配情况下的前向传输增益（系数），通常被称为插入损耗(inset loss)。

测量“反向”S参数时，在输出端施加激励信号，在输入端接匹配电阻，如图四所示。

S22=b2/a2=反射功率/入射功率。 S22表示在输入端端接匹配情况下的输出端反射系数。

S12=b1/a2=输出功率/输入功率。 S12表示在输入端端接匹配情况下的反向传输增益（系数）。

刚开始记这些参数时可能有些容易混淆。正向和反向是相对表达上的方便而言的，无源器件一般来说正向和反向的一致的结果。其实，我们牢记住S21表示b2/a1就可以了，其它的就可以类推了。相同的后缀S11,S22表示反射，非常容易记住。

我们可以用下面的两个关系式来完整地描述二端口网络的输入，输出和S参数的关系。用图形描述这些关系式如图五所示。

单端四端口或更多端口网络的S参数和二端口网络的测量方法类似。在某一端施加激励信号，其它所有端口端接匹配电阻。得到的S参数矩阵如图六所示。

四端口网络S参数中，S11，S22，S33，S44分别表示各端口的回波损耗/反射系数。S21，S12，S34，S43表示插入损耗/传输增益。 S13，S31，S24，S42表示近端串扰（near end crosstalk）。S14，S41，S23，S32表示远端串扰（far end crosstalk）。 图七表示了串扰的物理意义。近端串扰表示在某端口施加激励，在相近的一端的另外一个端口耦合到的信号。远端串扰的含义就是在较远的一端耦合到的信号。示波 器指标中有一项通道隔离度其实就是串扰的一种表现。

关键词： SPARQ S参数