1、S參數的定(ding)義和意義
S參數(shu)（Scattering Parameters，散(san)射(she)參數(shu)）是一個表(biao)(biao)征器(qi)件(jian)在射(she)頻信(xin)號(hao)激勵下的(de)(de)電(dian)氣(qi)行為(wei)的(de)(de)工具(ju)，它以(yi)輸入(ru)信(xin)號(hao)、輸出信(xin)號(hao)為(wei)元素的(de)(de)矩陣來表(biao)(biao)現DUT的(de)(de)“傳(chuan)輸”和“散(san)射(she)”效應(ying)，輸入(ru)、輸出信(xin)號(hao)是可(ke)測量(liang)的(de)(de)物理(li)量(liang)，測量(liang)到的(de)(de)物理(li)量(liang)的(de)(de)大小(xiao)反應(ying)出DUT對(dui)不(bu)同(tong)的(de)(de)輸入(ru)信(xin)號(hao)具(ju)有(you)不(bu)同(tong)的(de)(de)響應(ying)，這種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)(de)響應(ying)程度就可(ke)以(yi)用(yong)來描述DUT的(de)(de)特性，而且這種(zhong)表(biao)(biao)征方(fang)法可(ke)以(yi)作(zuo)為(wei)非常(chang)精確的(de)(de)矢量(liang)模型(xing)用(yong)于建(jian)模。此(ci)處的(de)(de)DUT就包括(kuo)很多無源器(qi)件(jian)如電(dian)纜、連接器(qi)、濾波器(qi)，有(you)源器(qi)件(jian)包括(kuo)放大器(qi)和混頻器(qi)等，因此(ci)都可(ke)以(yi)用(yong)S參數(shu)來表(biao)(biao)征。
S參(can)(can)數(shu)(shu)是在射(she)頻中(zhong)用(yong)來描述器件特性(xing)的(de)參(can)(can)數(shu)(shu)，S參(can)(can)數(shu)(shu)將電(dian)(dian)(dian)磁場(chang)中(zhong)相關的(de)特性(xing)轉換(huan)為網絡的(de)概念(nian)(nian)，讓(rang)讀者可以很形(xing)象地(di)理解電(dian)(dian)(dian)路中(zhong)增益、回(hui)波損耗、穩定(ding)性(xing)、隔離度、網絡匹配(pei)等概念(nian)(nian)，將電(dian)(dian)(dian)磁場(chang)中(zhong)一些電(dian)(dian)(dian)氣特性(xing)具體(ti)化為數(shu)(shu)字，提供了極大的(de)方便(bian)。
2、S參數的測量方法
2.1 S參數的測(ce)量(liang)原理(li)
測量2端口DUT的S參數需要使用2端口及以上矢量網絡分析儀；
S11測量原理：
當矢網Source1-OUT1輸出(chu)信號經過(guo)reference接(jie)收機(ji)R1輸出(chu)到DUT port1，接(jie)收機(ji)A接(jie)收DUT port1反(fan)射回來的功率，測量比值被稱(cheng)為(wei)回波損耗，S11=20log(a/r1),單位dB。
圖(tu)2.3 S11的信號傳輸路(lu)徑(jing)
S21測量原理：
當矢網Source1-OUT1輸出信號經過reference接(jie)收(shou)(shou)機R1輸出到DUT port1，接(jie)收(shou)(shou)機B接(jie)收(shou)(shou)DUT port2輸出的(de)功率，測量比(bi)值被稱為正向傳輸，S21=20log(b/r1),單(dan)位(wei)dB。
圖2.4 S21的(de)信號傳輸路徑
S12測量原理：
當矢網Source1-OUT2輸(shu)出信號經過reference接(jie)收機R2輸(shu)出到DUT port2，接(jie)收機A接(jie)收DUT port1輸(shu)出的功率，測(ce)量比值被稱為反向隔離，S12=20log(a/r2),單位(wei)dB。
圖2.5 S12的信號傳(chuan)輸路徑
S22測量原理：
當矢網Source1-OUT2輸(shu)(shu)出(chu)信(xin)號經過reference接收(shou)機(ji)R2輸(shu)(shu)出(chu)到DUT port2，接收(shou)機(ji)B接收(shou)DUT port2反射(she)回來的功率(lv)，測量比值被(bei)稱為回波(bo)損耗，S11=20log(b/r2),單位dB。
圖2.6 S22的信號傳輸路徑
2.2 如何用矢量網絡分析儀測量S參數
本例以一個20dB寬帶衰減器作為DUT，講解如何使用網絡分析儀進行詳細測試。
2.2.1 了解被測件(jian)大(da)概指標
首先(xian)需要了解清楚被(bei)(bei)測(ce)件的(de)(de)大(da)概(gai)指標(biao)，結(jie)合被(bei)(bei)測(ce)件的(de)(de)指標(biao)和儀器(qi)(qi)的(de)(de)動態(tai)范圍(wei)，在(zai)DUT可接受的(de)(de)頻(pin)率(lv)(lv)和功(gong)率(lv)(lv)范圍(wei)內，盡(jin)量(liang)使(shi)用儀器(qi)(qi)動態(tai)范圍(wei)內最高輸(shu)出功(gong)率(lv)(lv)和較大(da)接收電(dian)平來進行測(ce)試(shi)，即輸(shu)入到(dao)DUT的(de)(de)功(gong)率(lv)(lv)盡(jin)量(liang)大(da)，在(zai)保證不破壞(huai)接收機(ji)(ji)的(de)(de)情況，進入儀器(qi)(qi)接收機(ji)(ji)的(de)(de)功(gong)率(lv)(lv)盡(jin)量(liang)大(da)；這樣得到(dao)的(de)(de)S參數跡線(xian)噪聲(sheng)和抖動才(cai)會(hui)更小，測(ce)量(liang)結(jie)果才(cai)更精確。
2.2.2 測量(liang)配(pei)置
本例(li)以一(yi)個20dB寬帶衰減器作為DUT，該衰減器可承受CW功率為2w @ 10G；
考慮到(dao)衰(shuai)減(jian)值比較大(da)衰(shuai)減(jian)器(qi)駐波(bo)較好，為了增加(jia)反射回(hui)矢(shi)網接收(shou)(shou)機(ji)(ji)A和傳(chuan)輸到(dao)接收(shou)(shou)機(ji)(ji)B的(de)(de)絕(jue)對(dui)功(gong)(gong)率(lv)，將矢(shi)網port1、port2端口功(gong)(gong)率(lv)均設為0dBm（同(tong)時考慮到(dao)本例(li)使用的(de)(de)電子校準件(jian)線性區在(zai)5dBm以下(xia)）；預估衰(shuai)減(jian)器(qi)回(hui)波(bo)損(sun)耗大(da)概-30dB，那么反射回(hui)A接收(shou)(shou)機(ji)(ji)的(de)(de)絕(jue)對(dui)功(gong)(gong)率(lv)大(da)概為-30dBm，在(zai)接收(shou)(shou)機(ji)(ji)的(de)(de)線性動態范(fan)圍內(nei)；預估衰(shuai)減(jian)器(qi)的(de)(de)衰(shuai)減(jian)值大(da)概-20dB，傳(chuan)輸到(dao)接收(shou)(shou)機(ji)(ji)B的(de)(de)功(gong)(gong)率(lv)大(da)概為-20dBm，在(zai)接收(shou)(shou)機(ji)(ji)的(de)(de)線性動態范(fan)圍內(nei)；下(xia)面開始設置矢(shi)網：
1)、preset回到初始化界面，此時矢網會默認打開Channel1，并將Channel默認設(she)為Standard Measurement Class。
2)、 在當前window新建3個(ge)Window，分(fen)別添加S21、S12、S22 3條(tiao)(tiao)trace，雖然這(zhe)4條(tiao)(tiao)Trace分(fen)布(bu)在4個(ge)Window，但屬(shu)于同一(yi)個(ge)Channel，也即(ji)這(zhe)4條(tiao)(tiao)Trace的(de)硬(ying)件配置是同一(yi)個(ge)。
3)、為(wei)了使測量曲(qu)線更加平滑，Start Freq設(she)(she)為(wei)10M，Stop Freq設(she)(she)為(wei)10G，Step Freq 10M，點數越多，數據繪出來的曲(qu)線越連貫。
4)、設置power，打開Port Powers Coupled,同時設置port1、port2輸出(chu)功率為0dBm。
5)、每條(tiao)Trace打開3個(ge)Marker方(fang)便讀出具體數據，打開All Marker Coupled，對于這個(ge)衰減器(qi)更(geng)關(guan)心低中(zhong)高三個(ge)頻(pin)點的插損，因此分別(bie)設(she)置(zhi)10M、5G、10G;
2.2.3 校準
校(xiao)(xiao)準(zhun)過程(cheng)使用(yong)誤差模(mo)型(xing)(xing)消(xiao)除(chu)多個系統誤差。通(tong)過測量(liang)高(gao)精度(du)的(de)(de)(de)SOLT校(xiao)(xiao)準(zhun)件(jian)，矢網可以(yi)算出(chu)誤差模(mo)型(xing)(xing)中的(de)(de)(de)12個誤差項。校(xiao)(xiao)準(zhun)的(de)(de)(de)準(zhun)確(que)性取(qu)決(jue)于標(biao)準(zhun)校(xiao)(xiao)準(zhun)件(jian)的(de)(de)(de)質量(liang)以(yi)及校(xiao)(xiao)準(zhun)套件(jian)定義kit文件(jian)中對校(xiao)(xiao)準(zhun)件(jian)標(biao)定的(de)(de)(de)寄生參數(shu)模(mo)型(xing)(xing)的(de)(de)(de)準(zhun)確(que)性；這(zhe)里(li)使用(yong)電子校(xiao)(xiao)準(zhun)件(jian)校(xiao)(xiao)準(zhun)，校(xiao)(xiao)準(zhun)件(jian)寄生參數(shu)都固(gu)化在(zai)校(xiao)(xiao)準(zhun)件(jian)內存(cun)中，即插即用(yong)。
S參數(shu)校準(zhun)操作流程如下
插上(shang)電子校準件USB，call當前(qian)s參(can)數通道校準，將射頻線(xian)纜(lan)分(fen)別連接到(dao)電子校準件兩端(duan)，只需要一次連接即(ji)可將SOLT全部測量完(wan)(wan)成，再(zai)由矢(shi)網計(ji)算出各項誤差，將矢(shi)網端(duan)口(kou)延伸(shen)到(dao)射頻電纜(lan)端(duan)面(mian)，校準即(ji)完(wan)(wan)成，save call set。
2.2.4 準確測量(liang)
校準完后，可接上一個良好的直通件，觀察各4項s參數幅度和相位是否準確，是否比較好的集中在smith圓圖50ohm處，如果有異常說明校準有較大的誤差需檢查測試環境后(hou)再次校準，直到驗證通過(guo)后(hou)方可對DUT進行準確(que)測量。
2.2.5 保存數據
確認數據無(wu)誤后，按指定(ding)要求保存數據，完成測試。
3、總結
1)、測(ce)(ce)試(shi)數(shu)據(ju)(ju)的高(gao)度準確性應該作為測(ce)(ce)試(shi)工程師(shi)一生追(zhui)求(qiu)的目(mu)標，數(shu)據(ju)(ju)作為評估DUT性能的重要依據(ju)(ju),測(ce)(ce)試(shi)數(shu)據(ju)(ju)準確性與(yu)項目(mu)生存緊密相關。
2)、所有微波(bo)射頻系統中需要(yao)緊固的點都(dou)需要(yao)用(yong)標準0.9NM扭(niu)矩扳手進(jin)行(xing)正確緊固，以(yi)保證系統的穩定性(xing)和再現性(xing)。
3)、注意保護儀器各個端口，注意保護校準件(jian)不被大功率損壞，注意保護DUT。