揭开 S 参数的秘密

关于s参数的秘密，大家还记得前两篇说了什么吗？

都还给老师了是不是？不记得的点下面进去好好看看！

这一次，为你揭开 S 参数的秘密（一）

这一次，为你揭开 S 参数的秘密（二）

揭开s参数的秘密第三期

S参数的应用

前面说了那么多，最后终于来到S参数的应用了，我们学习它，就是为了让它为我们服务。

不知道大家忘了没，我们在第一期，什么是S参数的章节中讲到：

S参数是用于描述射频网络频域性能的直接表现。它直接描述了某个频率下射频信号，在射频网络内，端口到端口的传输过程中所发生的电性能的变化！

是的，有了S参数，我们将可以很轻易的知道，射频信号在通过网络以后所发生的变化。

这里用一个移动终端所用双工器的规格书为例，为大家讲解S参数的实际应用。

如图所示，双工器是一个3端口器件。1端口为TX，2端口为RX，3端口接天线ANT

发射信号从1端口进入，从3端口输出，而接收信号从3端口进入，从2端口输出。

双工器可以同时起到滤波和信号隔离的作用。我们需要关注它的：

S31: 1端口到3端口的传输,即13通路的插损

S23: 3端口到2端口的传输，即32通路插损

S21: 1端口到2端口的传输，即1端口到2端口的能量泄漏

S31，TX到ANT的插入损耗。可以看到，通带频点的损耗很小，而阻带频点的损耗则很大：

S23，ANT到RX的损耗。同样可以看到，通带频点的损耗很小，而阻带频点的损耗则很大：

S21，TX到RX的能量泄漏，又叫1端口到2端口的隔离度。我们可以看到，在整个频带范围内，能量泄漏都非常小：

这个三个指标都是传输系数。我们可以看到，在不同的频点下，其S参数的值是不一样的。

通过S参数的频域扫描，我们可以非常清晰的看到，器件的频率响应。这对于我们比较器件优劣，预期通路增益都可以起到很大的帮助。

我们再来看看TX端口的匹配情况，这里分别以VSWR和阻抗圆图为表征。

我们看到，通带内的VSWR非常接近1，这说明阻抗匹配良好，反射很小。

从阻抗圆图，我们也可以看出，通带频点非常靠近圆图中心，即端口阻抗在通带内是接近50欧姆特性阻抗的。

以上的双工器是一个无源网络，下面让我们再看看有源电路。

下面以一个低噪声放大器，LNA为例做一个简单介绍。

我们可以看到，这里直接用S21来表征放大器的增益，而用S12来表征放大器的反向隔离度。

这里分享一个小知识点：

如前图所示，厂商用|S21|^2 来表示增益，而大多数厂商是直接用|S21|来表示增益的。

为什么两者会有不同呢？

其实这也涉及的我们前两讲说过的内容，即S参数有多种表现形式，S21用幅度相位的形式表达则为传输系数T, 而用dB表达则为10*lg|S21|^2 = 20* lg|S21|。所以才会有|S21|^2和|S21| 两种不同的表达方式。

至于对反向隔离度用1/|S12|^2 来表示则是因为实际对|S12|^2取lg为-23dB，取倒数后才得到后面的23dB的数值。

通过对双工器以及LNA的S参数的解析，不知小伙伴们是否对S参数的应用有了一点初步的概念呢？

如果还是没明白，也没关系，后续的公众号内容将会有大量涉及S参数应用的内容，敬请期待。

SNP文件的应用

当前的射频电路设计中，计算机辅助仿真设计被大量采用。对于已知S参数的射频网络，我们通常会直接调用其S参数进行仿真计算。

我们在上文中提到的S参数都是图形化界面，无法直接用于仿真计算，有没有一种文件格式可以直接被仿真软件所调用呢？

为了解决这个问题，安捷伦（现在叫是德）提出了一种Touchstone文件格式，用于规范描述射频网络在给定频域内S参数，因为它是数字化的表现形式，所以可以被仿真软件直接调用。因为此文件的后缀名都是SNP（N代表端口数），所以大家都习惯称之为SNP文件。

如今，SNP文件已经成为各大仿真软件的通用文件格式了。

SNP 文件可以用来描述S参数，Y参数，Z参数，还有噪声系数指标。

下面例举出几个SNP文件的实际格式。

这是一个以幅度相位的形式表征的单端口网络：

这是一个双端口Z参数文件，以复数的形式来表征：

这是一个噪声系数文件，包含有5个信息点。注意，噪声系数文件不能独立存在，必须跟在S,Z,Y,H参数的后面。

好了，关于SNP文件的介绍到这就结束了。