S參數(shù)（S-parameter），也稱散射參數(shù)（Scatteringparameter），是微波傳輸中的一個重要參數(shù)，S參數(shù)描述了傳輸通道的頻率特性，通過S參數(shù)我們能看到傳輸通道的幾乎全部特性。

本期以兩端口網(wǎng)絡為例，介紹一下S參數(shù)的定義并結合信道的S參數(shù)說明如何用sp或ac仿真其頻率特性。

1. S****參數(shù)定義

以兩端口網(wǎng)絡為例，S參數(shù)定義如圖1所示，其中a1/b1分別為Port1入射波/反射波電壓，a2/b2分別為Port2入射波反射波電壓 。

Fig1. 兩端口網(wǎng)絡的入射波和反向波

我們可以用散射矩陣（S ij ）來描述入射波（a i ）和反射波（b i ）之間的關系，如下所示。

S11為Port2端口接匹配負載時向Port1看去的反射系數(shù)，也就是輸入回波損耗；

S22為Port1端口接匹配負載時向Port2看去的反射系數(shù)，也就是輸出回波損耗；

S21為Port2端口接匹配負載時從Port1到Port2的傳輸系數(shù)，也就是增益；

S12為Port1端口接匹配負載時從Port2到Port1的傳輸系數(shù)，也就是隔離。

我們經(jīng)常用到的單根傳輸線，就可以等效成一個二端口網(wǎng)絡，一端接輸入信號，另一端接輸出信號。S11表示輸出回波損耗，即有多少能量被反射到輸入端，這個值越小越好，一般建議S11<0.1，即-20dB；S21表示插入損耗，也就是有多少能量被傳輸?shù)捷敵龆?，這個值越大越好，理想值為1，即0dB，S21越大傳輸效率越高，一般建議S21>0.7dB，即-3dB。

2. S****參數(shù)文件

文件開頭的端口說明、存儲方式、數(shù)據(jù)形式及S參數(shù)描述，4端口S參數(shù)文件如圖2所示。

Fig2. 4端口S參數(shù)文件

其中數(shù)據(jù)形式有：

HZ S RI R 50

#GHz S MA R 50

#Hz S dB R 50

關于復數(shù)數(shù)據(jù)的表示形式有如下幾種：

RI = real and imaginary

MA = magnitude and angle in degrees

DB = magnitude in dB and angle in degrees

數(shù)據(jù)的存儲方式，一般以矩陣形式，矩陣大小為n*n，以4端口為例，S參數(shù)描述順序如下：

圖2所示4端口S參數(shù)文件是以dB形式表示的復數(shù)極坐標，10MHz頻點下S21為-0.88055342(dB)e^-j33.629875^，對應的復數(shù)為0.9036e^-j33.629875^。

3. S****參數(shù)仿真

**3.1 **仿真方法

S參數(shù)可用sp或ac傳真得到S21等參數(shù)，sp和ac仿真testbench如圖3所示。其中NPORT01為analogLib中的nport cell，設置方法如圖4所示，PORT03設置如圖5所示，PORT8和PORT9設置如圖6所示（需要加入交流小信號）。

Fig3. S參數(shù)sp和ac仿真testbench

Fig4. NPORT0~1設置方法

Fig5. PORT0~3設置方法

(a) PORT8設置方法

(b) PORT9設置方法

Fig6. PORT8~9設置方法

**3.2 **仿真設置及仿真結果

sp和ac設置如圖7所示。

Fig7. sp和ac仿真設置

sp仿真和ac仿真S21參數(shù)設置如圖8所示。

Fig8. sp和ac仿真S21參數(shù)設置

仿真結果如圖9所示，其中黃色為ac仿真結果，紅色為sp仿真結果。

Fig9. S21仿真結果