T26 S-parameter -- 基础篇 (上）

S参数是任何SI以及RF工程师必须掌握的内容，业界已有多位大师写过关于S参数的文章，笔者也写不出其他新意，故...

S参数是任何SI以及RF工程师必须掌握的内容，业界已有多位大师写过关于S参数的文章，笔者也写不出其他新意，故征得本文作者许可后，将本文转载于此，用于更多同行参考。

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本文目录：

1. 简介：从时域与频域评估传输线特性
2. 看一条线的特性：S11、S21
3. 看两条线的相互关系：S31、S41
4. 看不同模式的讯号成份：SDD、SCC、SCD、SDC
5. 以史密斯图观察S参数
6. 仿真范例-- 地回路有没有slot对S11, S21的影响-- 有效介电系数如何取得
7. 问题与讨论
8. Reference

简介：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。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VNA port也是50奥姆终端。所以，reference impedance of port的定义不同时，S参数值也不同，即S参数是基于一指定的port Zo条件下所得到的。

看一条线的特性：S11、S21



如下图所示，假设port1是讯号输入端，port2是讯号输出端S11表示在port 1量反射损失(return loss)，主要是观测发送端看到多大的的讯号反射成份；值越接近0越好(越低越好 ，一般-25~-40dB)，表示传递过程反射(reflection)越小，也称为输入反射系数(Input Reflection Coefficient)。

S21表示讯号从port 1传递到port 2过程的馈入损失(insertion loss)，主要是观测接收端的讯号剩多少；值越接近1越好(0dB)，表示传递过程损失(loss)越小，也称为顺向穿透系数(Forward Transmission Coefficient)。虽然没有硬性规定1、2、3、4分别要标示在线哪一端，但[Eric Bogatin大师]建议奇数端放左边，且一般表示两条线以上cross-talk交互影响时，才会用到S31。以上图为例，S31意指Near End Cross-talk (NEXT)，S41意指Far End Cross-talk (FEXT).以上谈的都是single ended transmission line (one or two line)，接着要谈differential pair结构。

因为S11、S22是反映传输线的reflection，不难理解S11其实也可以直接以反射系数表示。既然是反射系数，那就可以用史密斯图来观察了，史密斯图可以想做是把直角坐标的Y轴上下尽头拉到X轴最右边所形成

水平轴表示实数R，水平轴以上平面表示电感性，水平轴以下平面表示电容性



以一条四英寸长，50欧姆的传输线为例，从15M~2GHz的史密斯图，S11会呈现螺旋状往圆心收敛，而这螺旋就是dielectric losses absorb造成，越高频loss越大。

本人在写作过程中，力求正确准确，但由于水平有限，错误在所难免，如有错误，还请各位大侠指教。一起讨论，共同进步。

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