网络分析仪与S参数
S参数的原理及使用详解
S参数的原理及使用详解在进行射频、微波等高频电路设计时，需采用分布参数电路分析方法。
大多采用微波网络分析法来分析电路，对于一个网络，可用S、Y、Z参数来进行测量和分析。
S称为散射参数（或散射系数），Y称为导纳参数，Z称为阻抗参数。
Y、Z参数主要用于集总电路，对集总电路分析非常有效，测试也比较方便。
在处理高频网络时，等效电压和电流及有关的阻抗、导纳参数变得很抽象。
散射参数能更准确地表示直接测量的入射波、反射波及传输波的概念。
参数矩阵更适合于分布参数电路。
S参数是建立在入射波、反射波关系基础上的网络参数，以元器件端口的反射信号及从该端口向另外一个端口发送信号的分散程度和分量大小来描述高频网络。
S参数可以用网络分析仪来实际测量。
本文将详细介绍S参数的原理及使用。
内容包含：S参数定义S参数端口特性史密斯图观察S参数S参数仿真讲解S参数模型讲解项目中S参数使用流程需要S参数的测试场景1.S参数定义S参数测量是射频设计过程中的基本手段之一。
S参数将元件描述成一个黑盒子，并被用来模拟电子元件在不同频率下的行为。
在有源和无源电路设计和分析中经常会用到S 参数。
1)从时域与频域评估传输线特性良好的传输线，讯号从一个点传送到另一点的失真(扭曲)，必须在一个可接受的程度内。
而如何去衡量传输线互连对讯号的影响，可分别从时域与频域的角度观察。
2)S散射也叫散射参数。
是微波传输中的一组重要参数。
由于我们很难在高频率时测量电流或电压，因此我们要测量散射参数或S 参数。
这些参数用来表征RF 元件或网络的电气属性或性能，与我们熟悉的测量（如增益、损耗和反射系数）有关。
如上图所示，其中：S12为反向传输系数，也就是隔离；S21为正向传输系数，也就是增益；S11为输入反射系数，也就是输入回波损耗；S22为输出反射系数，也就是输出回波损耗。
3)S参数即是频域特性的观察，其中"S"意指"Scatter"，与Y或Z参数，同属双端口网络系统的参数表示S参数是在传输线两端有终端的条件下定义出来的，一般这Zo=50奥姆，因为VNAport也是50奥姆终端。
S参数定义、矢量网络分析仪基础知识和S参数测量
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Z L 。
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、S 11）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。
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S 11、S 21、S 12、S 22。
V2S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。
一分钟带你快速认识S参数
一分钟带你快速认识S参数S参数是无线电电路分析的重要工具，它可以用来描述和分析电路的传输特性和稳定性。
S参数主要用于射频和微波领域，常用于设计和测试射频放大器、滤波器、混频器等电路。
S参数是指散射参数（Scattering Parameters），也称为传输参数（Transmission Parameters）。
对于一个线性、时不变的电路，S参数可以用复数矩阵来表示。
一个二端口的电路可以表示为以下形式：V1=S11*I1+S12*I2V2=S21*I1+S22*I2其中V1和V2是电路的两个端口的电压，I1和I2是电流，S11、S12、S21、S22是S参数矩阵的元素。
S参数的四个元素描述了电路的射频特性。
其中，S11描述的是电路的输入端口反射系数，表示输入信号通过电路后在输入端口被反射回来的程度。
S22描述的是电路的输出端口反射系数，表示输出信号通过电路后在输出端口被反射回来的程度。
S21描述的是电路的传输系数，表示输入信号能够经过电路传输到输出端口的程度。
S12描述的是电路的转移系数，即表示输出信号在经过电路后传输到输入端口的程度。
S参数的值是复数形式的，因此可以包含幅度和相位信息。
幅度表示信号的衰减或放大程度，而相位表示信号的相对相位差。
使用S参数可以进行电路参数的计算和仿真。
通过测量或仿真得到电路的S参数，可以进一步计算得到其他重要参数，如增益、带宽、稳定性等。
S参数还可以用于判断电路的稳定性，设计稳定的射频放大器。
在实际应用中，可以使用网络分析仪来测量电路的S参数。
网络分析仪可以通过电磁场的模拟或扫描方式，测量出电路在不同频率下的S参数，从而得到电路的传输特性。
总而言之，S参数是射频和微波领域中常用的一种电路特性描述方法。
它可以用复数矩阵表示电路的传输特性和稳定性，为电路的设计和测试提供了重要的工具。
通过S参数的测量和分析，可以更加准确地了解电路的工作情况，提高电路的性能和稳定性。
S参数的含义
S参数的含义以二端口网络为例，如单根传输线，共有四个S参数：S11，S12，S21，S22，对于互易网络有S12＝S21，对于对称网络有S11＝S22，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上了。
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，一般建议S21>0.7，即－3dB，如果网络是无耗的，那么只要Port1上的反射很小，就可以满足S21>0.7的要求，但通常的传输线是有耗的，尤其在GHz以上，损耗很显著，即使在Port1上没有反射，经过长距离的传输线后，S21的值就会变得很小，表示能量在传输过程中还没到达目的地，就已经消耗在路上了。
对于由2根或以上的传输线组成的网络，还会有传输线间的互参数，可以理解为近端串扰系数、远端串扰系统，注意在奇模激励和偶模激励下的S参数值不同。
需要说明的是，S参数表示的是全频段的信息，由于传输线的带宽限制，一般在高频的衰减比较大，S参数的指标只要在由信号的边缘速率表示的EMI发射带宽范围内满足要求就可以了。
信息电子产品的运算速度与传输信息量大幅提升，相关电子零部件的高频特性也愈显重要。
如PCB、缆线、连接器等过去被视为单纯桥接作用的零部件，为满足高频应用的需要，现有规格逐渐纳入了衰减、特性阻抗、串音、传输延迟、传输延迟时滞、隔离效果、信号抖动等高频特性的项目。
S参数定义,矢量网络分析仪基本知识和S参数测量
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Z L。
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。
矢量网络分析仪基础知识及S参数测量
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zui后又称终端负载。
zui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 zui常见、zui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。
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。
这里仅简单的（但不严格）带上一笔。
S11与网络输出端接上匹配负载后的输入反射系数Г相当。
注意：它是网络的失配，不是负载的失配。
负载不好测出的Γ，要经过修正才能得到S11 。
S21与网络输出端匹配时的电压和输入端电压比值相当，对于无源网络即传输系数T或插损，对放大器即增益。
上述两项是zui常用的。
S12即网络输出端对输入端的影响，对不可逆器件常称隔离度。
S22即由输出端向网络看的网络本身引入的反射系数。
中高档矢网可以交替或同时显示经过全端口校正的四个参数，普及型矢网不具备这种能力，只有插头重新连接才能测得4个参数，而且没有作全端口校正。
共模电感s参数测试方法
共模电感s参数测试方法共模电感是一种在电路中常用的元件，用于抑制共模干扰信号。
为了正确评估共模电感的性能，需要进行S参数测试。
本文将介绍共模电感的S参数测试方法。
我们需要明确什么是S参数。
S参数是指散射参数，用于描述电路中的信号传输和反射情况。
在共模电感的测试中，S参数可以用来评估其对共模干扰信号的抑制能力。
在进行S参数测试之前，我们需要准备测试设备和测试样品。
常用的测试设备包括网络分析仪、信号源和功率计。
测试样品即待测的共模电感。
接下来，我们可以按照以下步骤进行共模电感的S参数测试：1. 连接测试设备：首先，将信号源和功率计连接到网络分析仪。
确保连接正确，并根据测试要求设置好测试设备的参数。
2. 连接共模电感：将待测的共模电感连接到网络分析仪的测试端口。
注意正确连接电感的引脚，并确保连接良好。
3. 设置测试频率范围：根据测试要求，设置网络分析仪的测试频率范围。
一般情况下，可以选择一定的频率范围进行测试，以评估共模电感在不同频率下的性能。
4. 进行S参数测试：启动网络分析仪，开始进行S参数测试。
在测试过程中，网络分析仪会向待测的共模电感发送一系列的测试信号，并测量其在不同频率下的散射参数。
5. 分析测试结果：测试完成后，可以通过网络分析仪上的软件对测试结果进行分析。
可以查看共模电感的传输和反射系数，以及其他相关参数。
根据测试结果，可以评估共模电感的性能和抑制共模干扰信号的能力。
需要注意的是，S参数测试需要进行多次测试以获得可靠的结果。
同时，测试过程中还需要注意保持测试环境的稳定，避免外界干扰对测试结果的影响。
共模电感的S参数测试是评估其性能的重要方法。
通过合理连接测试设备、设置测试参数，并进行多次测试和结果分析，可以准确评估共模电感的抑制能力，为电路设计和优化提供依据。
s参数的测量方法
s参数的测量方法s参数测量方法引言：s参数是指散射参数（scattering parameters），也称为传输参数（transmission parameters），是用于描述电子元件或电子系统中信号传输和散射特性的重要参数。
s参数测量方法广泛应用于射频（RF）和微波领域。
本文将介绍s参数的测量方法，并详细阐述其中的步骤和注意事项。
一、仪器准备s参数的测量需要使用一些特定的仪器设备，包括信号源、功率计、频谱分析仪、网络分析仪等。
在进行测量前，需要确保仪器的状态良好，并校准好相关的参数。
此外，还需要准备适当的连接线缆和适配器，以确保信号的传输和连接的稳定性。
二、建立测量系统在进行s参数测量之前，需要建立一个稳定可靠的测量系统。
首先，将待测元件与其他设备正确连接，确保信号的顺利传输。
连接线缆的选择应根据待测元件的特性阻抗来确定，以确保信号的匹配。
然后，根据实际情况设置信号源的频率范围、功率级别等参数。
最后，进行系统校准，包括响应校准和参考面校准，以消除系统中的误差。
三、测量步骤1. 响应校准：在测量之前，需要进行响应校准，以消除系统中的响应误差。
首先，将测量端口连接到响应校准器，然后通过网络分析仪对系统进行校准。
校准过程中，网络分析仪会发送信号并测量返回的信号，根据测量结果自动调整校准器，直到系统响应达到最佳状态。
2. 参考面校准：参考面校准是为了确定待测元件的参考平面，以准确测量其s参数。
将待测元件连接到系统中，并将参考平面设置为待测元件的端口。
通过网络分析仪进行参考面校准，校准过程中会测量参考面上的反射系数，并根据测量结果进行调整。
3. s参数测量：在完成校准后，即可进行s参数的测量。
通过网络分析仪设置所需的频率范围和步进值，并选择合适的测量模式（如单端口或双端口）。
网络分析仪会发送信号并测量返回的信号，然后计算出s参数的值。
测量结果可以以图表或数据的形式显示出来，以供后续分析和处理。
四、测量注意事项1. 避免干扰：在进行s参数测量时，需要注意避免其他信号的干扰。
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电子测量原理
10.2.1 网络分析的基本概念 10.2.2 网络分析系统 10.2.3 反射参数测量 10.2.4 传输参数测量 10.2.5 S参数的全面测量及误差修正
第1页
电子测量原理
10.2.1 网络分析的基本概念
网络——对实际物理电路和元件进行的数学抽象，主要研 究外部特性。 网络分析——在感兴趣的频率范围内，通过线性激励-响 应测试确定元件的幅频特性和相频特性的过程。 网络分析仪——通过正弦扫频测量获得线性网络的传递函 数以及阻抗函数的仪器。
源输出信道S 定向耦合器
BPF
DUT BPF
BPF
传输测试信道A 采
处
样理
反射测试信道B 及
及
量显
参考信道R 化
示
H(s) PFD 参考频率源 第14页
测量电路的组合，首先将入射、反射及传输信号 分离开，然后通过转换开关分别进差。也可以通过幅相接收机实 现此功能。
第12页
标量网络分析仪
电子测量原理
扫频源
定向耦合器
| b1|2
DUT
| b2|2 | a1|2
A
处 理 B及 显 R示
1
➢ 矢量网络参数：S参 数 S11、S22、S21、S12
➢ 矢量相位： 21 arg S21
➢ 品质因数Q
第4页
微波网络S参数
电子测量原理
微波网络常用散射参数（S参数）表示。任何网 络都可用多个S参数表征其端口特性，对n端口网络 需要n2个S参数。
a1 S11
b1
S21 1 DUT 2
S12
程组的行列式
Δk：与第k条开路不接触的子信流图的行列式
第8页
电子测量原理
S参数的流图表示及计算（续2）
信流图计算举例 在双端口网络的端口2上终接一个反射系数为ΓL的负载：
a1
S21
Γ
b1
S11
S12
S 22
ΓL
由梅森法则： 1 S22L
故有：
T1 S11 , 1 1 S22L ,T2 S21S12L , 2 1
二极管检波器
a1为入射波、b1为反射波、b2为传输波，它们的 测量通道分别为R（参考）、A、B。通过这些信号
可确定正向S参数|S11|、|S21|。将被测网络的激励端 与测试端反接，同理可测得|S22|、|S12|。
第13页
矢量网络分析仪
电子测量原理
一种外差式矢量网络分析仪的组成框图如下：
扫频源 LO
➢ 网络分析概述 ➢ 微波网络S参数 ➢ S参数的流图表示及计算
第2页
网络分析概述
电子测量原理
线性网络与非线性网络
➢线性网络（系统）：仅改变输入信号的幅度和 （或）相位，不会产生新的频率信号；
➢非线性网络（系统）：改变输入信号的频率， 或产生其他频率成分。
网络分析总是假定被分析网络是线性的，因而 可以基于正弦扫频法进行频率特性的定量分析。非 线性网络通常使用频谱仪进行测量。
➢标量网络分析仪：只测量线性系统的幅度信息； ➢矢量网络分析仪：可同时进行幅度传输特性和相 位特性测量。
第10页
系统组成原理
电子测量原理
基本的网络分析仪主要由信号源、S参量测 量装置及矢量电压表组成。
信号源
被测网络
1
2
S参量 测量装置
参考信道R 矢量电压表
测试信道 T
第11页
电子测量原理
➢ 信号源：向被测网络提供入射信号或激励； ➢ S参量测量装置：实际上是反射测量电路与传输
动的方向，并用支路旁标代表支路的传递函数即信号 大小。上图所示的双端口网络可用流图表示如下：
a1
端口1
S1
b1
1
S 21 b2
S 12
S22
端口2 a2
第7页
电子测量原理
S参数的流图表示及计算（续1）
梅森（Mason）不接触环路法则
n
Tk k
T k1
T：信流图所代表的网络的增益或传输函数 Tk：第k条路径上所有支路系数的乘积 Δ：信流图行列式，即信流图所代表的网络的联立方
b1 a1
a2 0
,
S21
b2 a1
a2 0
S11:端口2匹配时端口1的反射系数 S21:端口2匹配时的正向传输系数
S22
b2 a2
a1 0
,
S12
b1 a2
a1 0
S22:端口1匹配时端口2的反射系数 S12:端口1匹配时的反向传输系数
第6页
电子测量原理
S参数的流图表示及计算
信流图 使用节点代表信号，用支路和箭头代表信号及其流
b2 S22
a2
S11、S21、S12、S22：表示双端口网络的四个S 参数，即散射参量。
第5页
微波网络S参数（续）
电子测量原理
散射方程
b1 S11a1 S12a2 b2 S21a1 S22a2
b1、b2: 端口1、2上的所有出射波 a1、a2: 端口1、2上的入射波
S参数的物理意义
S11
S11
1 S22L S21S12L 1 S22L
S11
S21S12L 1 S22L
第9页
10.2.2 网络分析系统
电子测量原理
网络分析仪是通过测定网络的反射参数和传输参 数，从而对网络中元器件特性的全部参数进行全面 描述的测量仪器，用于实现对线性网络的频率特性 测量。
网络分析仪能够完成反射、传输两种基本测量， 从而确定几乎所有的网络特性，S参数是其中最基本 的特性。
第3页
网络分析概述（续）
电子测量原理
网络分析参数 ➢ 标量反射参数： 、S11 、S22
回波损失RL 20lg , 或 20lg S11 、 20lg S22
驻波比VSWR
1 1-
, 11
1 1
S11 S11
, 22
1 1
S22 S22
➢ 标量传输参数：衰减A 20lg S21
➢ 矢量反射参数：、阻抗Z 1