如何用sp或ac仿真S参数的频率特性？

S参数（S-parameter），也称散射参数（Scatteringparameter），是微波传输中的一个重要参数，S参数描述了传输通道的频率特性，通过S参数我们能看到传输通道的几乎全部特性。

本期以两端口网络为例，介绍一下S参数的定义并结合信道的S参数说明如何用sp或ac仿真其频率特性。

1. S****参数定义

以两端口网络为例，S参数定义如图1所示，其中a1/b1分别为Port1入射波/反射波电压，a2/b2分别为Port2入射波反射波电压 。

Fig1. 两端口网络的入射波和反向波

我们可以用散射矩阵（S ij ）来描述入射波（a i ）和反射波（b i ）之间的关系，如下所示。

S11为Port2端口接匹配负载时向Port1看去的反射系数，也就是输入回波损耗；

S22为Port1端口接匹配负载时向Port2看去的反射系数，也就是输出回波损耗；

S21为Port2端口接匹配负载时从Port1到Port2的传输系数，也就是增益；

S12为Port1端口接匹配负载时从Port2到Port1的传输系数，也就是隔离。

我们经常用到的单根传输线，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。S11表示输出回波损耗，即有多少能量被反射到输入端，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输出端，这个值越大越好，理想值为1，即0dB，S21越大传输效率越高，一般建议S21>0.7dB，即-3dB。

2. S****参数文件

文件开头的端口说明、存储方式、数据形式及S参数描述，4端口S参数文件如图2所示。

Fig2. 4端口S参数文件

其中数据形式有：

HZ S RI R 50

#GHz S MA R 50

#Hz S dB R 50

关于复数数据的表示形式有如下几种：

RI = real and imaginary

MA = magnitude and angle in degrees

DB = magnitude in dB and angle in degrees

数据的存储方式，一般以矩阵形式，矩阵大小为n*n，以4端口为例，S参数描述顺序如下：

图2所示4端口S参数文件是以dB形式表示的复数极坐标，10MHz频点下S21为-0.88055342(dB)e^-j33.629875^，对应的复数为0.9036e^-j33.629875^。

3. S****参数仿真

**3.1 **仿真方法

S参数可用sp或ac传真得到S21等参数，sp和ac仿真testbench如图3所示。其中NPORT01为analogLib中的nport cell，设置方法如图4所示，PORT03设置如图5所示，PORT8和PORT9设置如图6所示（需要加入交流小信号）。

Fig3. S参数sp和ac仿真testbench

Fig4. NPORT0~1设置方法

Fig5. PORT0~3设置方法

(a) PORT8设置方法

(b) PORT9设置方法

Fig6. PORT8~9设置方法

**3.2 **仿真设置及仿真结果

sp和ac设置如图7所示。

Fig7. sp和ac仿真设置

sp仿真和ac仿真S21参数设置如图8所示。

Fig8. sp和ac仿真S21参数设置

仿真结果如图9所示，其中黄色为ac仿真结果，红色为sp仿真结果。

Fig9. S21仿真结果