s参数定义、矢量网络分析仪基础知识和s参数测量

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1、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。Ø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

2、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。Ø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。Ø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。V2Ø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

3、：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＝S212、对于对称网络有S11＝S223、对于无耗网络，有S11*S11+S21*S21＝1，即网络不消耗任何能量，从

4、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，一般建议S21>0.7，即－3dB。如果

5、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。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。反射系数、回波损耗、电压驻波比回波损耗(ReturnLoss): 入射功率/反射功率,RL=-S11=-20lg(ρ)，为dB数值反射系数(Г): 反射电压/入射电压,为标量Г=反射波振幅/入射波振

6、幅=(传输线特性阻抗-负载阻抗)/(传输线特性阻抗+负载阻抗)，即Г=

7、（ZL-Zo）/（ZL+Zo）︱的绝对值电压驻波比(VoltageStandingWaveRation):波腹电压/波节电压，VSWR=电压最大值/电压最小值=Umax/Umin=(1+反射系数模值)/(1-反射系数模值）=(1+ρ)/(1-ρ) 行波系数：K=电压最小值/电压最大值=Umin/Umax=(入射波振幅-反射波振幅)/(反射波振幅+入射波振幅)反射系数、回波损耗、驻波比对照表(RL单位是dB,实际值是负值)实际要求的参数基本网络基数：1.2传输线传输射频信号的线缆泛称传输线。常用的有两种：双线与同轴线，频

8、率更高则会用到微带线与波导，虽然结构不同，用途各异，但其基本特性都可由传输线公式所表征。·特性阻抗Z0它是一种由结构尺寸决定的电参数，对于同轴线：式中εr为相对介电系数，D为同轴线外导体内径，d为内导体外径。·反射系数、返回损失、驻波比这三个参数采用了不同术语来描述匹配特性，人们希望传输线上只有入射电压,没有反射电压,这时线上各处电压一样高，只是相位不同，而实际上反射总是存在的,这就需要定义一个参数。式中ZL为负载阻抗,