群英论剑之"S 参数归一化（二）"

樱桃海弥

* g, E" F% N' L9 N5 X" _5 z; A

群英论剑之“S 参数归一化（二）”

本期作者：

李可舟、andyton、Colin_consin、若华蒋方、DI牛迪、于争博士、巅峰搬砖、吴枫、liyy李勇尧、庄哲民、Dennis丁同浩、benjaminPU三星、LXK

—————  2016-1-23  —————

李yongyao 上午9:22
S参数是个很有意思的概念，用处很多，也非常容易让人困惑。@吴枫 @Colin @link 给出了很好的解答，说的也很全面。但每个人因为各自的专业背景和工作经历不同，理解起来会有点困难，尤其是对于还没把这个事情完全想透的同行。我尝试用另外一种角度来解释一下，希望能有帮助。也欢迎大家多探讨。

李yongyao 上午9:37
& Q4 \1 r9 U( f) {2 ]* P7 S& lS参数早期主要是用在射频微波领域的，大家对射频微波电路部件的要求一般是在关心的频带内插损小、回损小（为简化问题，这里先不谈隔离度的问题）。通常射频微波电路有很多部件，或者叫很多级，在某个部件的input向接收机看过去的时候，反射指标是后面一堆部件打包的单端口的特性，无法有效的指出是哪个部件特性不好影响了这个总体的反射指标，也不知道优化哪个部件最有效。
# y/ [0 x) E9 u

李yongyao 上午9:45
' l& z! j1 v' R4 S因为各个部件之间一般用同轴线或带状线互连，而同轴线或带状线阻抗一般是相对固定的（比如50欧姆），就可以把每个部件端口特性都和50欧姆来进行匹配，这样就很容易衡量哪个部件的端口回损（或反射）指标比较差了。从而将各个部件解藕，分别进行设计优化（或匹配网络优化）。

: j, m2 S( J9 P/ F9 b) L

李yongyao 上午9:58
换句话说，对某个部件的input，衡量它的反射指标好坏的时候，我们不希望它的输出端口之后的部件影响我们的观测结果，也就是希望它的输出端口阻抗是匹配的。回到S参数，对于一个双端口部件来说，输出端口阻抗匹配的时候，input端口的S11就和反射系数对应起来了，分析也就很方便了。

4 `& s7 N5 L. v, A( b

李黎明 上午10:00
& Z" r7 X! M  v+ @( u6 ^@liyy 多谢分享
) U5 `4 s- w9 G

李yongyao 上午10:02
+ ]$ O8 X  J' g# B% [. H7 [' M现在新的问题来了，有个板子的带状线阻抗只能设计成45欧姆，要衡量刚才那个部件的反射是否还能接受，就把S参数的input端口阻抗归一化到45欧姆来看S11就好了。
5 y  K' i7 z6 e

Di 上午10:19
; j* X4 e* l! M) j9 a1 h) D% d% }这个问题还是要从电磁场的理论分析
# d% s1 n0 g) H

Di 上午10:20
7 W* U/ u# H9 [9 |$ i  O我回头写篇文章，从基础开始分析s参数是怎么一步步得来的。
! o; X! F  m2 s! N* m% y4 ~
* N; f; z9 K& g1 L

墨晓颜 上午10:20
; {, D) e" n& a6 s: e静候

李黎明 上午10:21
. r' A) }* w, C4 G1 u; U@Di 期待

) Y! _' f& X+ l2 i, U

misskenzo 上午10:21
/ m" c& D, A3 E# G. t# ]% |@范佳萌 期待
1 C7 }8 n0 o$ y0 v  X& @2 _$ ^' ~  Q

Sandy 上午10:21
期待！

; O% B0 K  n7 t7 Q

李yongyao 上午10:32
@Di 从电磁场角度解释起来比较困难，期待你的文章

7 X& \; E0 k& V% J7 W" i4 f, G

李yongyao 上午10:35
, |1 U  U1 ]6 A7 y@李可舟 教科书里的S参数的定义，是匹配条件下测得的入射波和反射波来比，这个书法是没错的。前面我啰嗦了半天，大家都理顺了的话，这个问题就比较好解释了

4 ~( H5 S7 _0 o7 n  @

李yongyao 上午10:46
对一个二端口的射频部件来说，S11的定义是在2端口匹配的条件下测的的入射波和反射波来比。对于反射波来说，必须是该部件导致的。换句话说，2端口后面的任何部件导致的反射波都不应该计算进来，否则这个S11就不是该部件的S11了（或者说里边引入了测量误差），需要通过测试校准或数学后处理来进行修正
0 h2 [1 |* ?  F" j- [

李可舟 上午10:46
9 N0 y7 @, [4 M4 v! p: e' j3 n@liyy 是的，定义是不会错的。容易错的是对匹配的理解，前面吴枫的解释已经很完美了。我来总结下，理论上讲，匹配仅是指端接负载需要等于测试馈电线缆的特征阻抗，和被测器件无关，因此我们可以将S参数归一化到任意阻抗，其物理意义就是我们可以使用任意特征阻抗的馈电线缆对器件进行S参数测试。但是在实际测量过程中，由于仪器对信噪比有要求，因此馈电线缆的特征阻抗不能和被测器件差距太大。(这里是指有若干数量级的差距)
5 P, u4 T: Z% a" r9 J

李yongyao 上午10:56
' ?* K. i4 A' n' G" x7 q( D@李可舟 [强]
" ~# ]/ \+ Y6 A# R2 [7 H/ E
$ K/ j# t  f+ Z6 ~( c

巅峰搬砖 上午11:46
/ w1 L! J0 w/ w- R9 ~* D都是用50

* z3 U  D+ ~3 |

巅峰搬砖 上午11:47
. r' n/ J  C$ E% I8 Q: r器件输出端口大都是50，所以测试也要用50

" H: f& `; n& d! M% y

soldermask 下午12:22
0 W" g7 G+ H& a1 f* u% J巅峰搬砖 这名字很牛
1 g' u8 x# p& q+ V; \) u) T- q
0 Y8 o& V. N5 Y/ [% S

于争 下午9:42
讨论很精彩
0 ^# U; @: w/ r: i  v2 H- S( e' N& `
, C# i4 I0 d2 r# j) H4 K

于争 下午9:45
@李可舟 关于S参数原始定义，建议仔细翻翻理论方面的著作
+ I7 S4 A* Q: J3 z& [

于争 下午9:50
4 G3 e6 G! Y# b@李可舟  你前面说的“ 如果不满足匹配条件，那么此时测得的反射波和入射波的比值就不是S参数 ”，我觉得应该再仔细斟酌下。
8 R3 H. K, ^- S* C
* _$ M* k& r; \) t; b- P

于争 下午9:58
) s* k7 g& X' J% K# i反射波和入射波比值这种说法本身就是模糊的！用P还是用V衡量前提条件是不一样的。用P衡量对端口阻抗没有限制，用V衡量要求各端口阻抗必须一致，可能这就是你说的匹配吧。所以如果单从S参数本身来看问题，端口阻抗无所谓。但实际使用S参数时大多数情况下都是从V的角度用的，所以才有阻抗问题。

8 J9 H+ x, w3 H* q6 c

于争 下午10:02
0 `8 S5 @$ }, h6 B2 v) ?% Q% ^用电压替代功率表征S参数要求Port阻抗一致

' l* J( e! m' |+ Q

于争 下午10:10
这个话题大有文章可做，比如怎样使用S参数，怎样测试？实际设备上各端口阻抗不可能一致，尽管差别不大，但确实能明显感觉得到。感兴趣的可以试试单个差分对测试，先测一次，然后再把一个端口两根线缆对掉测一次，对比一下就能发现不同

清松 下午10:11
% x* D$ Q& o' `- G" Z于博真耐心[强]
' ^0 A8 j) U$ X1 a, M4 F: k

梦觉仁艾 下午10:11
博士厉害

于争 下午10:12
8 Z4 V  ?" h) `@清松 只是感兴趣

+ S/ P2 O0 z( [3 t" f0 ^6 Q4 L

清松 下午10:12
@于争 [强]
+ U1 ]& `5 }5 S9 ]
9 J' i5 ^  V/ Z* h; q! n" i2 V1 V

珍纺纺 下午10:14
@于争 [强]
6 J' z: k+ Q, f$ w) ^

于争 下午10:17
" S5 \7 H, O  |% T8 G, P有一个端口阻抗对结果有严重影响的场景，感兴趣的可以测测再仔细研究下: 一驱多分支结构S参数初看很怪异，仔细分析后会感觉就该这么怪
% V/ O& q9 Y- `% D
) M0 a, ^8 E6 z

Dennis Ding 下午10:19
S参数计算是基于端口阻抗的，要求端口匹配是为了消除其他端口反射的影响。而并不是说s参数必须要求是匹配。如果得到一个端口阻抗下的s参数，就很容易得到不同端口阻抗下的s参数(公式互换)
, t6 ]- e) Q' A; \% T
. D% _+ d$ G1 n7 s4 |

庄哲民 下午10:20
0 }" o3 l# d1 S5 W$ O@于争 ，一驱多的S参数有什么方法评价吗？这种的S参数曲线不像一驱一的能方便地用插损回损分析

- E5 d+ p2 x3 m% W* l

Dennis Ding 下午10:20
对于传输线来说，端口匹配下的s参数比较平缓，如果阻抗不匹配s参数有明显的波动
3 c5 M6 C- T6 w! G

于争 下午10:22
/ v* W; b9 ~4 J" D: @0 ^& n2 n. f@dennis Ding 是这样的！但不是很赞同用匹配这个词，很容易误解。

& o+ n" o4 a2 m: _/ C8 g3 O4 J

Dennis Ding 下午10:22
7 G+ m6 g7 s+ [3 d  J8 n$ r不是匹配是什么？

5 E1 |/ z5 u0 V, H$ b9 y( m

于争 下午10:24
, _- t- ]/ j8 {( M/ g@Dennis Ding 还不如说端口阻抗一致。如果说匹配那谁和谁匹配？很可能被理解成和DUT严格匹配

0 N- C6 U; C+ g. j$ @1 n( d$ G

Dennis Ding 下午10:25
$ B3 l+ l. A7 f, x  Y! M大家参考一下微波工程这本书吧
2 ^6 y% Z! k( S
( P: m' w5 _) F- Q' X% d

Dennis Ding 下午10:26
: f7 C, g# O8 a1 U2 s1 Z( |电磁场传播过程中界面的匹配
3 f# f0 B" S3 O0 k7 I1 A0 J/ p
" o0 D7 x$ c8 A

于争 下午10:27
  M1 V/ p$ a6 M1 R@庄哲民 确实，但也能看出点重要信息
8 q. t+ j9 o# h% ?9 d/ r

李可舟 下午10:29
3 `  t8 D% d9 \3 C4 E$ n" E匹配是应该要说的
( U- ?7 L" W! B( w0 O- H( |0 c

庄哲民 下午10:30
% w" _) e4 J% K+ |@于争 ，你都是怎么分析一驱多S参数的呢？谢谢

李可舟 下午10:30
我觉得有句话确实需要工程师搞清楚
  \# S' a/ i! k& @5 V+ j
2 Y3 J. b* s/ `! t

于争 下午10:31
S参数问题，理论和工程两个方面都要关注
4 F1 @& ~9 N3 w& `, A$ J# \

李可舟 下午10:31
; }% X( C  T0 h" i- @就是这个匹配到底是和谁匹配，不是被测器件匹配，而是说端接负载必须和馈电线缆匹配

2 [! W: H- t* h6 d, a

李可舟 下午10:32
6 a- e# t* l4 p$ ?4 O如果这个匹配条件不满足，并且无法被校准修正的话，那么测试得到的结果就不是S参数了

2 ]) l1 A! L- p, m& S7 y8 v3 O  w

于争 下午10:32
6 q8 e  g. ]* H4 ^@庄哲民 没有套路，看遇到的什么问题，需要什么信息
; c! G" F1 w. ^" q. X. e8 z0 R
8 i4 K, g% S; V* B

李可舟 下午10:33
6 f7 U9 {+ U# j, O0 r, s  n  Q( a@于争 端口阻抗一致是指各个端口的都应该归一化到同一个阻抗的意思么？

5 o: ~2 b7 L& m2 ~/ i! P! k

Dennis Ding 下午10:34
- c& Q+ A+ v# F+ z, M不是s参数是什么，s参数测的是出射端口个入射端口的比。没有什么匹配的前提条件，匹配的要求是为了消除各端口的影响，单纯的老网络的效应
; j  `. U5 z' M- |! J. j( |4 }2 ?0 G
/ ^9 B. R6 c# \6 J& [

于争 下午10:35
@李可舟 一致了，归一化到什么值只是数学计算
/ y& K" T$ y- u

Dennis Ding 下午10:37
9 ?8 c, F  ?/ H5 r# t我记得我们翻译的数字信号完整性讲s参数那一章，讲了s参数归一化的问题
3 H* h+ Z6 t+ Z- `

Dennis Ding 下午10:37
可以参考一下
& g3 o& W) F  S$ K- x( T
) B/ ]# G6 S7 ~

李可舟 下午10:39
@Dennis Ding 我不确定有没有文章定义过在不匹配状态下测试得到的反射波和入射波的比值的正式名称，我可能会称它为某种反射系数，但肯定不是S参数
+ }' o0 J3 D, _- O- b

Dennis Ding 下午10:39
8 A$ y, R$ ^$ s& J匹配下测s参数是对的

4 s- K- R. G! D* g* L3 ~

于争 下午10:39
@李可舟 你困惑的来源是一个纯理论问题，多看几本书，对比着看，别只看一两本，看多了理解就深了

于争 下午10:41
睡了
+ [' C" ^4 A7 P
. n- q  Z3 d6 P2 h4 K. G! N6 ?

李可舟 下午10:41
我现在没有困惑，但是过去为这个问题困惑过。我昨天出这个问题，主要是想让大家通过对S参数定义中匹配的讨论，加深对基本概念的理解。
9 Z$ `0 L: f. s* h' ~$ i7 |+ E$ o
) C9 T9 p" N/ R1 X

Dennis Ding 下午10:42
5 i( A6 J8 I+ V1 n@李可舟 多端口的端口阻抗本身也是网络的一部分
; i& S# l# p/ R/ `, l' H

李可舟 下午10:46
我目前发现吴枫的解释是最正确的，但是其他的一些解释，很多都是说S参数的参考阻抗无论如何变换，仍然是相互等价的这个上面。但这个和我想讨论的并不是一个问题

李可舟 下午10:50
当然也很可能是我问题描述不够清晰所致
+ w$ _& w7 S! k0 I6 o
4 d! J* p+ }3 l" N$ J& }4 J3 z# M

Dennis Ding 下午11:05
没必要扣字眼，你知道自己要看什么就可以了
/ u( N% P. B& P7 B2 K. C
7 |. R6 _% ~. M2 q

Dennis Ding 下午11:06
你说的这些在实际使用，都是完全正确的

Dennis Ding 下午11:10
# `$ E! j& ~9 j  s$ C能到你这个程度，已经相当不容易了@李可舟 

$ [3 H4 Z1 b. w7 f+ s0 e

李可舟 下午11:17
9 S( m2 r5 M2 u% A& f8 A: `这个S参数的问题我感觉可以告一段落了。我这边还有别的问题，都是目前已有书本上讲得容易让人困惑不清的。过两天再来抛砖引玉，大家共同提高[微笑]

/ \) N( v; y! y# ^! Z% h4 T& s+ \% X

未完，待续........

欢迎盖楼参与我们的讨论！

6 J  k' `( w' E8 R) k8 a: t, A+ u

% h5 J9 o9 ]4 q