S參數的物理含義

2020-11-22 電子產品世界

以二埠網絡為例，如單根傳輸線，共有四個 S 參數：S11，S12，S21，S22，對於互易網絡有S12＝S21，對於對稱網絡有S11＝S22，對於無耗網絡，有S11*S11+S21*S21＝1，即網絡不消耗任何能量，從埠1輸入的能量不是被反射回埠1 就是傳輸到埠2 上了。在高速電路設計中用到的微帶線或帶狀線，都有參考平面，為不對稱結構（但平行雙導線就是對稱結構），所以S11 不等於S22，但滿足互易條件，總是有S12＝S21。假設Port1 為信號輸入埠，Port2 為信號輸出埠，則我們關心的S 參數有兩個：S11 和S21，S11 表示回波損耗，也就是有多少能量被反射回源端（Port1）了，這個值越小越好，一般建議S110.1，即－20dB，S21 表示插入損耗，也就是有多少能量被傳輸到目的端（Port2）了，這個值越大越好，理想值是1，即0dB，越大傳輸的效率越高，一般建議S21>0.7，即－3dB，如果網絡是無耗的，那麼只要Port1 上的反射很小，就可以滿足S21>0.7 的要求，但通常的傳輸線是有耗的，尤其在GHz 以上，損耗很顯著，即使在Port1 上沒有反射，經過長距離的傳輸線後，S21 的值就會變得很小，表示能量在傳輸過程中還沒到達目的地，就已經消耗在路上了。對於由 2 根或以上的傳輸線組成的網絡，還會有傳輸線間的互參數，可以理解為近端串擾係數、遠端串擾系統，注意在奇模激勵和偶模激勵下的S參數值不同。

需要說明的是，S參數表示的是全頻段的信息，由於傳輸線的帶寬限制，一般在高頻的衰減比較大，S 參數的指標只要在由信號的邊緣速率表示的EMI 發射帶寬範圍內滿足要求就可以了。

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