S参数的提出和应用
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使用s参数仿真可获得一个元件电路或子网络的仿真如混频器等非线性电路的小信号s参数上的频率变换效果20173212222s参数仿真准备工作参数仿真准备工作二s参数仿真技术概要在设计中导入元器件模型并正确连线添加并正确设置s参数仿真控件并选定将要分析的数据项目对要分析的端口添加接地的端口阻抗term模块设置相应端口阻抗值通过对网络中命名节点和添加电流表获取感兴趣节点处的电压电流数据20173212323s参数仿真控件参数设置参数仿真控件参数设置二s参数仿真技术概要参考ads2008射频电路设计与仿真实例4950页s参数频率转换s参数仿真中只能分析一个频率点对应的噪声例如对混频器一类的会产生多个频率分量的非线性电路分析噪声将存在瓶颈
100
L1
90 80 70 60 50 40 30 20
VSWR1 freq=10.00 GHz 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000 1.100 1.200 1.300 1.400 1.500 1.600 1.700 1.800 1.900 2.000 2.100 2.200 2.300 2.400 2.500 2.600 2.700 2.800 2.900 3.000 3.100 3.200 3.300 3.400 -3.002E15 6.005E15 -9.007E15 3.002E15 9.007E15 <invalid> 9.007E15 6.005E15 1.801E16 9.007E15 1.801E16 9.007E15 9.007E15 6.005E15 1.801E16 1.801E16 9.007E15 1.801E16 1.801E16 -9.007E15 9.007E15 1.801E16 9.007E15 <invalid> <invalid> <invalid> 1.801E16 1.801E16 -9.007E15 <invalid> 1.801E16 1.801E16 <invalid> <invalid>
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二、S参数仿真技术概要
2.6 S参数仿真启用扫描参量，使用LinearCollapse模块提高仿 真速度
S参数仿真中只能分析一个频率点对应的噪声，例如对混 频器一类的会产生多个频率分量的非线性电路分析噪声，将
存在瓶颈。此时，可以设置S参数仿真控件Parameters标签
页内的AC Frequency Conversion选项有效，仿真器不仅考 虑源频率点，还会考虑混频器的边带频率（由用户指定哪个 边带），只能限定一个边带。
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二、S参数仿真技术概要
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三、S参数仿真特殊终端条件传输线
3.1 仿真短路传输线
2 1.5 1 0.5
Zin (d ) jZ0 tan( d )
0 -0.5 -1 -1.5 -2
d
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 短路 0.6 0.7 开路 0.8 0.9 1 短路
短路
开路
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三、S参数仿真特殊终端条件传输线
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三、S参数仿真特殊终端条件传输线
m1 indep(m1)=6.000 plot_vs(imag(Zin1), L1)=0.401 freq=10.00000GHz m2 indep(m2)= 12.000 plot_vs(imag(Zin1), L1)=0.801 freq=10.00000GHz
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二、S参数仿真技术概要
2.2
• • • •
S参数仿真准备工作
在设计中导入元器件模型并正确 连线 添加并正确设置S参数仿真控件， 并选定将要分析的数据项目 对要分析的端口添加接地的端口 阻抗（ Term ）模块，设置相应端 口阻抗值 通过对网络中命名节点和添加电 流表，获取感兴趣节点处的电压、 电流数据
S参数控制器用来确定一个n端口电子器件在给定频率下的响应信号波形。它是 在考虑其它端口匹配条件下，一类特殊的小信号交流仿真，通常被用来描述射频 / 微波无源元件的特性及确定非线性器件在特定偏压和温度下的小信号特性。
使用S参数仿真可获得一个元件、电路或子 网络的
• ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ •
计算S参数、Y参数或Z参数 仿真群延时或线性噪声 仿真如混频器等非线性电路的小信号S参数上的频 率变换效果
1.1 为什么射频/微波电路设计要使用S参数？
（1）射频/微波系统使用的元器件与传输线的尺寸，与工作波长可相比拟，电
路参数是分布参数，传统模拟电路分析方法不再适用； （2）传统网络参量例如Z参量、Y参量、h参量、ABCD参量需要对系统采用 终端开路、短路的测量方法。这在射频/微波系统是不适合的，原因如下：
1.3 S参数的物理意义
Z0 VS Z0 b1 a1 a2=0 [S] b2 Z0 ZL
采用适当的负债阻抗ZL=Z0，使2端口负载与传输线特性阻抗Z0匹配，从 而测量S11和S21。
S11 in Zin Z 0 Zin Z0
回波损耗（dB）： RL 20log S11
b S21 2 a1
2 1.5 1
1 Zin (d ) jZ0 tan( d )
0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2
d
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 开路 0.6 0.7 短路 0.8 0.9 1 短路
开路
短路
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三、S参数仿真特殊终端条件传输线
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三、S参数仿真特殊终端条件传输线
L1 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000 1.100 1.200 1.300 1.400 1.500 1.600 1.700 1.800 1.900 2.000 2.100 2.200 2.300 2.400 2.500 2.600 2.700 2.800 2.900 3.000 3.100 3.200 3.300 3.400 3.500 3.600 3.700 3.800 3.900 4.000 4.100 4.200 4.300 4.400 4.500 4.600 4.700 4.800 4.900 5.000 5.100 5.200 5.300 VSWR1 freq=10.00 GHz <invalid> 1.801E16 <invalid> <invalid> <invalid> <invalid> <invalid> <invalid> 1.801E16 -9.007E15 <invalid> <invalid> 9.007E15 -9.007E15 4.504E15 <invalid> 6.005E15 6.005E15 <invalid> -9.007E15 -9.007E15 3.603E15 -4.504E15 -4.504E15 9.007E15 -3.002E15 <invalid> <invalid> 3.002E15 -9.007E15 -9.007E15 4.504E15 2.252E15 1.801E16 9.007E15 -9.007E15 -4.504E15 9.007E15 -9.007E15 6.005E15 1.801E16 1.801E16 <invalid> -9.007E15 <invalid> <invalid> 1.801E16 <invalid> -9.007E15 1.801E16 1.801E16 <invalid> <invalid> S(1,1) freq=10.00 GHz 1.000 / 173.983 1.000 / 167.966 1.000 / 161.949 1.000 / 155.932 1.000 / 149.915 1.000 / 143.898 1.000 / 137.881 1.000 / 131.864 1.000 / 125.848 1.000 / 119.832 1.000 / 113.816 1.000 / 107.800 1.000 / 101.784 1.000 / 95.768 1.000 / 89.753 1.000 / 83.738 1.000 / 77.723 1.000 / 71.708 1.000 / 65.693 1.000 / 59.679 1.000 / 53.664 1.000 / 47.650 1.000 / 41.636 1.000 / 35.622 1.000 / 29.609 1.000 / 23.595 1.000 / 17.582 1.000 / 11.568 1.000 / 5.555 1.000 / -0.459 1.000 / -6.472 1.000 / -12.486 1.000 / -18.499 1.000 / -24.513 1.000 / -30.527 1.000 / -36.540 1.000 / -42.554 1.000 / -48.568 1.000 / -54.582 1.000 / -60.597 1.000 / -66.611 1.000 / -72.626 1.000 / -78.641 1.000 / -84.656 1.000 / -90.671 1.000 / -96.686 1.000 / -102.702 1.000 / -108.718 1.000 / -114.734 1.000 / -120.750 1.000 / -126.766 1.000 / -132.783 1.000 / -138.799
a2 0
V2
Z0
V1 Z0 I1 2 Z0
Gin 20log S21 正向功率增益（dB）：
I2 V2 0
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一、S参数的提出及应用
a1=0 ZG Z0 b1 [S] b2 a2 Z0 Z0 VL
采用适当的负债阻抗ZL=Z0，使2端口负载与传输线特性阻抗Z0匹配，从 而测量S11和S21。
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二、S参数仿真技术概要
2.3 S参数仿真控件参数设置
参考《ADS2008射频电路设计与仿真实例》49-50页
S参数频率转换 S参数仿真中只能分析一个频率点对应的噪声，例如对混频 器一类的会产生多个频率分量的非线性电路分析噪声，将存在 瓶颈。此时，可以设置S参数仿真控件Parameters标签页内的AC Frequency Conversion 选项有效，仿真器不仅考虑源频率点， 还会考虑混频器的边带频率（由用户指定哪个边带），只能限 定一个边带。
•
选中Noise标签页下的Calculate noise选项，能够计算电路噪声， 即可以计算端口噪声，又可以计算节点噪声，但首先要定义节点。 如果群延时数据中出现许多毛刺噪声，可以加大Group delay aperture 项的值。如果群延时数据感觉不正确，可以减小 Group delay aperture项的值。通常以10倍量程调整该值。
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二、S参数仿真技术概要
2.4
•
S参数仿真控件参数设置
参考《ADS2008射频电路设计与仿真实例》49-50页， 重要补充：
S参数仿真中只能分析一个频率点对应的噪声，例如对混频器一类 的会产生多个频率分量的非线性电路分析噪声，将存在瓶颈。此时， 可 以 设 置 S 参 数 仿 真 控 件 Parameters 标 签 页 内 的 AC Frequency Conversion 选项有效，仿真器不仅考虑源频率点，还会考虑混频器 的边带频率（由用户指定哪个边带），只能限定一个边带。
S22 out Zout Z0 Zout Z0
b S12 1 a2
a2 0
V1
Z0
V2 Z0 I 2 2 Z0
Gout 20log S12 反向功率增益（dB）：
I1 V1 0
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二、S参数仿真技术概要
2.1 S参数仿真的性质与功能
• 因为微波电路参数是分布参数，存在许多寄生效果，理想的终端开路、短
路是不存在的；
• 终端开路、短路构成的不连续性，将在其它端口产生严重的反射电压、电
流波，许多电路是不希望或不允许的，可能会造成器件损坏的振荡
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一、S参数的提出及应用
1.2 S参数(散射参数)的定义
a1 b1 [S] a2 b2
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二、S参数仿真技术概要
2.5 如何消除仿真中的直流不利影响
对有源电路如放大器进行 S参数仿真时，通常会使用 DC_Block和DC_Feed元件来消除偏置电路对仿真的不利影 响，它们在 DC仿真中也常用到。 DC_Block 元件是理想隔 直电容元件，任何频率分量都能够无损耗通过，直流分 量完全无法通过。DC_Feed元件是理想隔交流电感元件， 直流分量能够无损耗通过，任何频率分量都完全无法通 过。
b S11 1 a1 b S12 1 a2
a2 0
1端口反射波 1端口入射波 1端口传输波 2端口入射波
S21
b2 a1 b2 a2
a2 0
2端口传输波 1端口入射波 2端口反射波 2端口入射波
S22
a1 0
a1 0
2019/2/24
一、S参数的提出及应用
S参数仿真分析传输线、史 密斯圆图、电路匹配结构
（二）
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主 要 内 容
S参数的提出及应用
S参数仿真技术概要
S参数仿真特殊终端条件传输线
史密斯圆图的提出及应用 应用史密斯圆图设计匹配电路（与使用Design Guide技术进行对比）
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一、S参数的提出及应用
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
imag(Zin1)
m1
0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -100 0 2 4 6 8 10
m2
12
14
16
18
20
22
24
L1
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三、S参数仿真特殊终端条件传输线
3.2 仿真开路传输线
100
L1
90 80 70 60 50 40 30 20
VSWR1 freq=10.00 GHz 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000 1.100 1.200 1.300 1.400 1.500 1.600 1.700 1.800 1.900 2.000 2.100 2.200 2.300 2.400 2.500 2.600 2.700 2.800 2.900 3.000 3.100 3.200 3.300 3.400 -3.002E15 6.005E15 -9.007E15 3.002E15 9.007E15 <invalid> 9.007E15 6.005E15 1.801E16 9.007E15 1.801E16 9.007E15 9.007E15 6.005E15 1.801E16 1.801E16 9.007E15 1.801E16 1.801E16 -9.007E15 9.007E15 1.801E16 9.007E15 <invalid> <invalid> <invalid> 1.801E16 1.801E16 -9.007E15 <invalid> 1.801E16 1.801E16 <invalid> <invalid>
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二、S参数仿真技术概要
2.6 S参数仿真启用扫描参量，使用LinearCollapse模块提高仿 真速度
S参数仿真中只能分析一个频率点对应的噪声，例如对混 频器一类的会产生多个频率分量的非线性电路分析噪声，将
存在瓶颈。此时，可以设置S参数仿真控件Parameters标签
页内的AC Frequency Conversion选项有效，仿真器不仅考 虑源频率点，还会考虑混频器的边带频率（由用户指定哪个 边带），只能限定一个边带。
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二、S参数仿真技术概要
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三、S参数仿真特殊终端条件传输线
3.1 仿真短路传输线
2 1.5 1 0.5
Zin (d ) jZ0 tan( d )
0 -0.5 -1 -1.5 -2
d
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 短路 0.6 0.7 开路 0.8 0.9 1 短路
短路
开路
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三、S参数仿真特殊终端条件传输线
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三、S参数仿真特殊终端条件传输线
m1 indep(m1)=6.000 plot_vs(imag(Zin1), L1)=0.401 freq=10.00000GHz m2 indep(m2)= 12.000 plot_vs(imag(Zin1), L1)=0.801 freq=10.00000GHz
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二、S参数仿真技术概要
2.2
• • • •
S参数仿真准备工作
在设计中导入元器件模型并正确 连线 添加并正确设置S参数仿真控件， 并选定将要分析的数据项目 对要分析的端口添加接地的端口 阻抗（ Term ）模块，设置相应端 口阻抗值 通过对网络中命名节点和添加电 流表，获取感兴趣节点处的电压、 电流数据
S参数控制器用来确定一个n端口电子器件在给定频率下的响应信号波形。它是 在考虑其它端口匹配条件下，一类特殊的小信号交流仿真，通常被用来描述射频 / 微波无源元件的特性及确定非线性器件在特定偏压和温度下的小信号特性。
使用S参数仿真可获得一个元件、电路或子 网络的
• ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ •
计算S参数、Y参数或Z参数 仿真群延时或线性噪声 仿真如混频器等非线性电路的小信号S参数上的频 率变换效果
1.1 为什么射频/微波电路设计要使用S参数？
（1）射频/微波系统使用的元器件与传输线的尺寸，与工作波长可相比拟，电
路参数是分布参数，传统模拟电路分析方法不再适用； （2）传统网络参量例如Z参量、Y参量、h参量、ABCD参量需要对系统采用 终端开路、短路的测量方法。这在射频/微波系统是不适合的，原因如下：
1.3 S参数的物理意义
Z0 VS Z0 b1 a1 a2=0 [S] b2 Z0 ZL
采用适当的负债阻抗ZL=Z0，使2端口负载与传输线特性阻抗Z0匹配，从 而测量S11和S21。
S11 in Zin Z 0 Zin Z0
回波损耗（dB）： RL 20log S11
b S21 2 a1
2 1.5 1
1 Zin (d ) jZ0 tan( d )
0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2
d
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 开路 0.6 0.7 短路 0.8 0.9 1 短路
开路
短路
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三、S参数仿真特殊终端条件传输线
2019/2/24
三、S参数仿真特殊终端条件传输线
L1 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000 1.100 1.200 1.300 1.400 1.500 1.600 1.700 1.800 1.900 2.000 2.100 2.200 2.300 2.400 2.500 2.600 2.700 2.800 2.900 3.000 3.100 3.200 3.300 3.400 3.500 3.600 3.700 3.800 3.900 4.000 4.100 4.200 4.300 4.400 4.500 4.600 4.700 4.800 4.900 5.000 5.100 5.200 5.300 VSWR1 freq=10.00 GHz <invalid> 1.801E16 <invalid> <invalid> <invalid> <invalid> <invalid> <invalid> 1.801E16 -9.007E15 <invalid> <invalid> 9.007E15 -9.007E15 4.504E15 <invalid> 6.005E15 6.005E15 <invalid> -9.007E15 -9.007E15 3.603E15 -4.504E15 -4.504E15 9.007E15 -3.002E15 <invalid> <invalid> 3.002E15 -9.007E15 -9.007E15 4.504E15 2.252E15 1.801E16 9.007E15 -9.007E15 -4.504E15 9.007E15 -9.007E15 6.005E15 1.801E16 1.801E16 <invalid> -9.007E15 <invalid> <invalid> 1.801E16 <invalid> -9.007E15 1.801E16 1.801E16 <invalid> <invalid> S(1,1) freq=10.00 GHz 1.000 / 173.983 1.000 / 167.966 1.000 / 161.949 1.000 / 155.932 1.000 / 149.915 1.000 / 143.898 1.000 / 137.881 1.000 / 131.864 1.000 / 125.848 1.000 / 119.832 1.000 / 113.816 1.000 / 107.800 1.000 / 101.784 1.000 / 95.768 1.000 / 89.753 1.000 / 83.738 1.000 / 77.723 1.000 / 71.708 1.000 / 65.693 1.000 / 59.679 1.000 / 53.664 1.000 / 47.650 1.000 / 41.636 1.000 / 35.622 1.000 / 29.609 1.000 / 23.595 1.000 / 17.582 1.000 / 11.568 1.000 / 5.555 1.000 / -0.459 1.000 / -6.472 1.000 / -12.486 1.000 / -18.499 1.000 / -24.513 1.000 / -30.527 1.000 / -36.540 1.000 / -42.554 1.000 / -48.568 1.000 / -54.582 1.000 / -60.597 1.000 / -66.611 1.000 / -72.626 1.000 / -78.641 1.000 / -84.656 1.000 / -90.671 1.000 / -96.686 1.000 / -102.702 1.000 / -108.718 1.000 / -114.734 1.000 / -120.750 1.000 / -126.766 1.000 / -132.783 1.000 / -138.799
a2 0
V2
Z0
V1 Z0 I1 2 Z0
Gin 20log S21 正向功率增益（dB）：
I2 V2 0
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一、S参数的提出及应用
a1=0 ZG Z0 b1 [S] b2 a2 Z0 Z0 VL
采用适当的负债阻抗ZL=Z0，使2端口负载与传输线特性阻抗Z0匹配，从 而测量S11和S21。
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二、S参数仿真技术概要
2.3 S参数仿真控件参数设置
参考《ADS2008射频电路设计与仿真实例》49-50页
S参数频率转换 S参数仿真中只能分析一个频率点对应的噪声，例如对混频 器一类的会产生多个频率分量的非线性电路分析噪声，将存在 瓶颈。此时，可以设置S参数仿真控件Parameters标签页内的AC Frequency Conversion 选项有效，仿真器不仅考虑源频率点， 还会考虑混频器的边带频率（由用户指定哪个边带），只能限 定一个边带。
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选中Noise标签页下的Calculate noise选项，能够计算电路噪声， 即可以计算端口噪声，又可以计算节点噪声，但首先要定义节点。 如果群延时数据中出现许多毛刺噪声，可以加大Group delay aperture 项的值。如果群延时数据感觉不正确，可以减小 Group delay aperture项的值。通常以10倍量程调整该值。
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二、S参数仿真技术概要
2.4
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S参数仿真控件参数设置
参考《ADS2008射频电路设计与仿真实例》49-50页， 重要补充：
S参数仿真中只能分析一个频率点对应的噪声，例如对混频器一类 的会产生多个频率分量的非线性电路分析噪声，将存在瓶颈。此时， 可 以 设 置 S 参 数 仿 真 控 件 Parameters 标 签 页 内 的 AC Frequency Conversion 选项有效，仿真器不仅考虑源频率点，还会考虑混频器 的边带频率（由用户指定哪个边带），只能限定一个边带。
S22 out Zout Z0 Zout Z0
b S12 1 a2
a2 0
V1
Z0
V2 Z0 I 2 2 Z0
Gout 20log S12 反向功率增益（dB）：
I1 V1 0
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二、S参数仿真技术概要
2.1 S参数仿真的性质与功能
• 因为微波电路参数是分布参数，存在许多寄生效果，理想的终端开路、短
路是不存在的；
• 终端开路、短路构成的不连续性，将在其它端口产生严重的反射电压、电
流波，许多电路是不希望或不允许的，可能会造成器件损坏的振荡
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一、S参数的提出及应用
1.2 S参数(散射参数)的定义
a1 b1 [S] a2 b2
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二、S参数仿真技术概要
2.5 如何消除仿真中的直流不利影响
对有源电路如放大器进行 S参数仿真时，通常会使用 DC_Block和DC_Feed元件来消除偏置电路对仿真的不利影 响，它们在 DC仿真中也常用到。 DC_Block 元件是理想隔 直电容元件，任何频率分量都能够无损耗通过，直流分 量完全无法通过。DC_Feed元件是理想隔交流电感元件， 直流分量能够无损耗通过，任何频率分量都完全无法通 过。
b S11 1 a1 b S12 1 a2
a2 0
1端口反射波 1端口入射波 1端口传输波 2端口入射波
S21
b2 a1 b2 a2
a2 0
2端口传输波 1端口入射波 2端口反射波 2端口入射波
S22
a1 0
a1 0
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一、S参数的提出及应用
S参数仿真分析传输线、史 密斯圆图、电路匹配结构
（二）
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主 要 内 容
S参数的提出及应用
S参数仿真技术概要
S参数仿真特殊终端条件传输线
史密斯圆图的提出及应用 应用史密斯圆图设计匹配电路（与使用Design Guide技术进行对比）
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一、S参数的提出及应用
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
imag(Zin1)
m1
0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -100 0 2 4 6 8 10
m2
12
14
16
18
20
22
24
L1
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三、S参数仿真特殊终端条件传输线
3.2 仿真开路传输线