微波系统主要研究信号和能量问题：信号问题主要研究振幅频率和相频特性；能量问题主要研究能量如何有效传输。微波系统是一种分布参数电路，必须采用场分析法，但场分析法过于复杂，因此需要简化的分析方法。微波网络法广泛应用于微波系统的分析，是一种等效电路法。在分析场分布的基础上，微波元件等效为电抗或电阻器件，实际导波传输系统等效为传输线，将实际微波系统简化为微波网络，将场问题转化为道路问题。微波网络理论是在低频网络理论的基础上发展起来的，低频电路分析是微波电路分析的一种特殊情况。一般来说，有一个网络Y、Z可用于测量和分析S参数，Y称为导纳参数，Z称为阻抗参数，S前两个参数主要用于集总电路，ZY参数对总参数电路分析非常有效，每个参数都可以很容易地测试；但在微波系统中，由于确定非TEM在微波频率测量电压和电流时，波电压和电流非常困难。因此，在处理高频网络时，等效电压、电流及相关阻抗和导纳参数变得更加抽象。散射参数，即S参数矩阵，更适合分布参数电路，更符合直接测量入射、反射和传输波的概念。S参数就是建立在入射波、反射波关系基础上的网络参数，适于微波电路分析，以器件端口的反射信号以及从该端口传向另一端口的信号来描述电路网络。就像N端口网络的阻抗和导纳矩阵一样，N端口网络也可以用散射矩阵来完美描述。阻抗和导纳矩阵反映了端口总电压和电流之间的关系，散射矩阵反映了入射电压波与端口反射电压波之间的关系。散射参量可以直接用网络分析仪测量得到，可以用网络分析技术来计算。只要知道网络的散射参数，就可以转换为其他矩阵参数。
以二端口网络为例，说明每个S参数的含义，如上图所示。二端口网络有四个S参数，Sij代表能量从j口注入，在i口测得的能量，如S11定义为从Port1口反射能量与输入能量比的平方根通常简化为等效反射电压与等效入射电压的比值。各参数的物理含义和特殊网络的特点如下：
S11:端口2匹配时，端口1的反射系数；
S22:端口1匹配时，端口2的反射系数；
S12:端口1匹配时，端口2到端口1的反向传输系数；
S21:端口2匹配时，端口1-端口2的正传输系数；
对于互易网络，有：S12=S21；
对称网络有：S11=S22 ；
对于无耗网络，有：(S11)2 (S12)2=1 ；
我们经常使用的单条传输线或一个过孔可以等效成一个二端口网络，一端连接输入信号，另一端连接输出信号，如果是Port1作为信号输入端口，Port2作为信号的输出端口，所以S11表示回波损失，即有多少能量反射回源(Port1)这个值越小越好，一般建议S11< 0.1，即－20dB；S21表示插入损耗，即将多少能量传输到目的端(Port2)这个值越大越好，理想值是1，即0dB，S21越大传输的效率越高，一般建议S21>0.7，即－3dB。
S参数广泛应用于工程测试和理论计算中。
各种参数各种参数(H, Y, Z, S) 描述设备：
1.设备的线性模型
2.反映器件在不同频率和阻抗端接下的工作性能
3.通过测试对设备进行建模
4.通过计算匹配设备，处理阻抗变化等
在某些应用中，通过转换S参数可以获得设备参数.
S参的优点如下：
1.概念与设备性能指标对应
2.方便复杂系统分析
3.完全反映被测器件的性能
4.易于建立器件数学模型
5.计算级连系统的S参数
6、便于导出H, Y, 或Z 等参数
7、EDA 软件数据格式的设计
S参数可以全面直观地表示一个装置(系统)的性能指标:
对于20dB衰减器，20dB转换为相应的线性电压为0.1。
输入端驻波比1.2.将反射系数转换为0.09。
当然，S参数应该包含相位信息。对于像衰减器这样的互易器件，S12=S21。
微波晶体管是一种非交易器件，其S参数随频率和工作电平而变化很大。设备制造商应在各频率范围内和直流偏置条件下提供S参数值。
图1 S参数的定义
以端口设备为例，介绍S参数的数学定义。
S参双端口设备的S参数包括四个参数(N包括端口设备S参数N^2个参数)。S参数的定义是基于信号电压比的参数，因此S参数是矢量。
S参数下标注的意义是：第一个数字代表信号输出端口，第二个数字代表信号输入端。Sab：表示被测件端口b到端口a的传输系数。
例:被测件输入端为:1端口；输出端:2端口:
S11:当被测件输出端与负载匹配时，输入端反射系数；
S21:当被测件输出端与负载匹配时，设备端口1T端口2传输系数。
图2 S参数的公式
作者：安捷伦科技专家： 孙灯亮