2024年6月14日发(作者：司寇若星)
S参数的含义 F%I *m^ 7d
S参数的含义
以二端口网络为例，如单根传输线，共有四个S参数：S11，S12，S21，S22，对于
互易网络有S12＝S21，对于对称网络有S11＝S22，对于无耗网络，有S11*S11+S21*S21
＝1，即网络不消耗任何能量，从端口1输入的能量不是被反射回端口1就是传输到端口2
上了。在高速电路设计中用到的微带线或带状线，都有参考平面，为不对称结构（但平行
双导线就是对称结构），所以S11不等于S22，但满足互易条件，总是有S12＝S21。假设
Port1为信号输入端口，Port2为信号输出端口，则我们关心的S参数有两个：S11和S21，
S11表示回波损耗，也就是有多少能量被反射回源端（Port1）了，这个值越小越好，一般
建议S11<0.1，即－20dB，S21表示插入损耗，也就是有多少能量被传输到目的端（Port2）
了，这个值越大越好，理想值是1，即0dB，越大传输的效率越高，一般建议S21>0.7，
即－3dB，如果网络是无耗的，那么只要Port1上的反射很小，就可以满足S21>0.7的要
求，但通常的传输线是有耗的，尤其在GHz以上，损耗很显著，即使在Port1上没有反射，
经过长距离的传输线后，S21的值就会变得很小，表示能量在传输过程中还没到达目的地，
就已经消耗在路上了。对于由2根或以上的传输线组成的网络，还会有传输线间的互参数，
可以理解为近端串扰系数、远端串扰系统，注意在奇模激励和偶模激励下的S参数值不同。
需要说明的是，S参数表示的是全频段的信息，由于传输线的带宽限制，一般在高频的衰
减比较大，S参数的指标只要在由信号的边缘速率表示的EMI发射带宽范围内满足要求就
可以了。
信息电子产品的运算速度与传输信息量大幅提升，相关电子零部件的高频特性也愈显
重要。如PCB、缆线、连接器等过去被视为单纯桥接作用的零部件，为满足高频应用的需
要，现有规格逐渐纳入了衰减、特性阻抗、串音、传输延迟、传输延迟时滞、隔离效果、
信号抖动等高频特性的项目。本文将主要介绍S参数在高频测量中的应用。
在个人计算机平台迈入 GHz阶段之后，从计算机的中央处理器、显示界面、存储器
总线到I/O接口，全部走入高频传送的国度，于是高频参数的测量便浮出了台面。 通常高
频测量必须考虑的基本项目包括下面几个：
◆ Impedance─特性阻抗。我们常见的电缆/信号线有50、75、100欧姆等不同的阻
抗标示，此处所指的阻抗并非直流电阻，而是所谓的特性阻抗，也就是信号传输的每一个
经过驿站所面临的阻抗。
◆ S-Parameters——S参数（S11、S21、S12、S22）
◆ Propagation Delay——传播延迟
◆ SWR——驻波比
◆ Crosstalk——串音
在高速传输运作下，信号载送的质量相当重要，为了获得最大的传输效率，各项高频
参数将成为设计、除错改良、实际应用上的重要参考依据，并须特别注意阻抗（Impedance）
的匹配问题、信号延迟时间（Propagation Delay）、时滞（Propagation Skew）、噪声
（Noise）、信号损失（Loss）以及信号衰减（Attenuation）等课题。然而，这些参数不
容易推算及测量，必须依靠高精密度的仪器来协助才能求得准确的数值。一般来说，在高
频测试中所使用的仪器大致上有“时域反射计”（Time Domain Reflectometry）以及
“网络分析仪”（Network Analyzer）。
对工程人员来说，S参数是一个重要的指标，S参数的原文名称是
“Scattering-Parameter”。电磁能量是在空气等介质或导体中以电磁波形式传送，电磁
波会因为回路特性阻抗的不匹配而产生信号反射。当回路内有无数个信号反射时，电磁能
量分布与时间的变化就显得相当复杂。
在频率较低的场合，零部件的大小与构成信号波形的波长相比显得微小。反射波的影
响相对于信号变化时间，很短时间内退出，故呈现稳定的状态。因此，可采用电压电流比
的阻抗来表现器件的固有特性。一般是以“集中定数”回路来视之。也有人用节点（Lump）
电路来称呼。其回路器件基本特征为：
◆ 电阻：能量损失（发热）
◆ 电容：静电能量
◆ 电感：电磁能量
一般地，对于一个网络有Y、Z和S参数可用来测量和分析，Y称导纳参数，Z称为阻抗参
数，S称为散射参数；前两个参数主要用于集总电路，Z和Y参数对于集中参数电路分析
非常有效，各参数可以很方便的测试；但是在微波系统中，由于确定非TEM波电压、电流
的困难性，而且在微波频率测量电压和电流也存在实际困难。因此，在处理高频网络时，
等效电压和电流以及有关的阻抗和导纳参数变得较抽象。与直接测量入射、反射及传输波
概念更加一致的表示是散射参数，即S参数矩阵，它更适合于分布参数电路。 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。同N端口网络的阻抗和导纳矩阵那
样，用散射矩阵亦能对N端口网络进行完善的描述。阻抗和导纳矩阵反映了端口的总电压
和电流的关系，而散射矩阵是反映端口的入射电压波和反射电压波的关系。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量，就
可以将它变换成其它矩阵参量。
下面以二端口网络为例说明各个S参数的含义，如图所示。
/article/UploadPic/2008-7/
二端口网络有四个S参数，Sij代表的意思是能量从j口注入，在i口测得的能量，如S11
定义为从 Port1口反射的能量与输入能量比值的平方根，也经常被简化为等效反射电压和
等效入射电压的比值，
各参数的物理含义和特殊网络的特性如下：
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到端口2的正向传输系数；
对于互易网络，有：S12＝S21；
对于对称网络，有：S11＝S22 对于无耗网络，有：（S11）2＋（S12）2＝1 ；
S21表示插入损耗，也就是有多少能量被传输到目的端（Port2）了，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。
我们经常用到的单根传输线，或一个过孔，就可以等效成一个二端口网络，一端接输入信
号，另一端接输出信号，如果以Port1作为信号的输入端口， Port2作为信号的输出端口，
那么S11表示的就是回波损耗，即有多少能量被反射回源端（Port1），这个值越小越好，
一般建议S11< 0.1，即－20dB.
2024年6月14日发(作者：司寇若星)
S参数的含义 F%I *m^ 7d
S参数的含义
以二端口网络为例，如单根传输线，共有四个S参数：S11，S12，S21，S22，对于
互易网络有S12＝S21，对于对称网络有S11＝S22，对于无耗网络，有S11*S11+S21*S21
＝1，即网络不消耗任何能量，从端口1输入的能量不是被反射回端口1就是传输到端口2
上了。在高速电路设计中用到的微带线或带状线，都有参考平面，为不对称结构（但平行
双导线就是对称结构），所以S11不等于S22，但满足互易条件，总是有S12＝S21。假设
Port1为信号输入端口，Port2为信号输出端口，则我们关心的S参数有两个：S11和S21，
S11表示回波损耗，也就是有多少能量被反射回源端（Port1）了，这个值越小越好，一般
建议S11<0.1，即－20dB，S21表示插入损耗，也就是有多少能量被传输到目的端（Port2）
了，这个值越大越好，理想值是1，即0dB，越大传输的效率越高，一般建议S21>0.7，
即－3dB，如果网络是无耗的，那么只要Port1上的反射很小，就可以满足S21>0.7的要
求，但通常的传输线是有耗的，尤其在GHz以上，损耗很显著，即使在Port1上没有反射，
经过长距离的传输线后，S21的值就会变得很小，表示能量在传输过程中还没到达目的地，
就已经消耗在路上了。对于由2根或以上的传输线组成的网络，还会有传输线间的互参数，
可以理解为近端串扰系数、远端串扰系统，注意在奇模激励和偶模激励下的S参数值不同。
需要说明的是，S参数表示的是全频段的信息，由于传输线的带宽限制，一般在高频的衰
减比较大，S参数的指标只要在由信号的边缘速率表示的EMI发射带宽范围内满足要求就
可以了。
信息电子产品的运算速度与传输信息量大幅提升，相关电子零部件的高频特性也愈显
重要。如PCB、缆线、连接器等过去被视为单纯桥接作用的零部件，为满足高频应用的需
要，现有规格逐渐纳入了衰减、特性阻抗、串音、传输延迟、传输延迟时滞、隔离效果、
信号抖动等高频特性的项目。本文将主要介绍S参数在高频测量中的应用。
在个人计算机平台迈入 GHz阶段之后，从计算机的中央处理器、显示界面、存储器
总线到I/O接口，全部走入高频传送的国度，于是高频参数的测量便浮出了台面。 通常高
频测量必须考虑的基本项目包括下面几个：
◆ Impedance─特性阻抗。我们常见的电缆/信号线有50、75、100欧姆等不同的阻
抗标示，此处所指的阻抗并非直流电阻，而是所谓的特性阻抗，也就是信号传输的每一个
经过驿站所面临的阻抗。
◆ S-Parameters——S参数（S11、S21、S12、S22）
◆ Propagation Delay——传播延迟
◆ SWR——驻波比
◆ Crosstalk——串音
在高速传输运作下，信号载送的质量相当重要，为了获得最大的传输效率，各项高频
参数将成为设计、除错改良、实际应用上的重要参考依据，并须特别注意阻抗（Impedance）
的匹配问题、信号延迟时间（Propagation Delay）、时滞（Propagation Skew）、噪声
（Noise）、信号损失（Loss）以及信号衰减（Attenuation）等课题。然而，这些参数不
容易推算及测量，必须依靠高精密度的仪器来协助才能求得准确的数值。一般来说，在高
频测试中所使用的仪器大致上有“时域反射计”（Time Domain Reflectometry）以及
“网络分析仪”（Network Analyzer）。
对工程人员来说，S参数是一个重要的指标，S参数的原文名称是
“Scattering-Parameter”。电磁能量是在空气等介质或导体中以电磁波形式传送，电磁
波会因为回路特性阻抗的不匹配而产生信号反射。当回路内有无数个信号反射时，电磁能
量分布与时间的变化就显得相当复杂。
在频率较低的场合，零部件的大小与构成信号波形的波长相比显得微小。反射波的影
响相对于信号变化时间，很短时间内退出，故呈现稳定的状态。因此，可采用电压电流比
的阻抗来表现器件的固有特性。一般是以“集中定数”回路来视之。也有人用节点（Lump）
电路来称呼。其回路器件基本特征为：
◆ 电阻：能量损失（发热）
◆ 电容：静电能量
◆ 电感：电磁能量
一般地，对于一个网络有Y、Z和S参数可用来测量和分析，Y称导纳参数，Z称为阻抗参
数，S称为散射参数；前两个参数主要用于集总电路，Z和Y参数对于集中参数电路分析
非常有效，各参数可以很方便的测试；但是在微波系统中，由于确定非TEM波电压、电流
的困难性，而且在微波频率测量电压和电流也存在实际困难。因此，在处理高频网络时，
等效电压和电流以及有关的阻抗和导纳参数变得较抽象。与直接测量入射、反射及传输波
概念更加一致的表示是散射参数，即S参数矩阵，它更适合于分布参数电路。 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。同N端口网络的阻抗和导纳矩阵那
样，用散射矩阵亦能对N端口网络进行完善的描述。阻抗和导纳矩阵反映了端口的总电压
和电流的关系，而散射矩阵是反映端口的入射电压波和反射电压波的关系。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量，就
可以将它变换成其它矩阵参量。
下面以二端口网络为例说明各个S参数的含义，如图所示。
/article/UploadPic/2008-7/
二端口网络有四个S参数，Sij代表的意思是能量从j口注入，在i口测得的能量，如S11
定义为从 Port1口反射的能量与输入能量比值的平方根，也经常被简化为等效反射电压和
等效入射电压的比值，
各参数的物理含义和特殊网络的特性如下：
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到端口2的正向传输系数；
对于互易网络，有：S12＝S21；
对于对称网络，有：S11＝S22 对于无耗网络，有：（S11）2＋（S12）2＝1 ；
S21表示插入损耗，也就是有多少能量被传输到目的端（Port2）了，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。
我们经常用到的单根传输线，或一个过孔，就可以等效成一个二端口网络，一端接输入信
号，另一端接输出信号，如果以Port1作为信号的输入端口， Port2作为信号的输出端口，
那么S11表示的就是回波损耗，即有多少能量被反射回源端（Port1），这个值越小越好，
一般建议S11< 0.1，即－20dB.