S11参数

天线作为无线电通讯的发射和接收设备，直接影响电波信号的质量。一个结构合理，性能优良的天线系统可以最大限度地降低对整个无线系统的要求，从而可以节约系统成本，同时可以提高整个无线系统的性能。

通常，我们会从两方面判断天线的好坏，即天线的辐射参数和天线的电路参数。作为无线信号的转换部分，天线本身的辐射特性固然重要，但是无线电发信机的输出阻抗与馈线的阻抗、馈线与天线的阻抗也应达到一致。如果阻抗值不一致，发信机输出的高频能量将不能全部由天线发射出去。这部分没有发射出去的能量会反射回来，产生驻波，严重时会引起馈线的绝缘层及发信机末级功放管的损坏。为了使信号和能量有效地传输，必须使电路工作在阻抗匹配状态。这里的匹配程度，我们用S11描述。

S11是S参数中的最常用到的一个指标， S参数，也称散射参数-scattering parameters，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，是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。

以二端口网络为例说明各个S参数的含义，如上图所示。二端口网络有四个S参数，Sij代表的意思是能量从j口注入，在i口测得的能量。只有一个端口的天线产品，则只有S11。常见的S11测试内容有：

（1） 回波损耗（Return Loss），入射功率/反射功率, 为dB数值

（2） 电压驻波比（Voltage Standing Wave Ratio-VSWR），波腹电压/波节电压，是一个标量

（3） 输入阻抗（Input Impedance，也就是史密斯圆图，通常用R+jX的形式表示）。

在这里，回波损耗和驻波比表征的其实是同一方面的性能都是表示信号的损失（反射）情况，我们需要引进一个标量参数：反射系数Г，它特指一个网络1号端口的反射系数。反射系数描述的是入射电压和反射电压之间的比值，而回波损耗是从功率的角度来看待问题，这三者之间的关系如下：

VSWR=（1+Г）)/（1-Г）

RL=-20lg（Г）

那么，知道其中一个参数，其实就可以推算出另一个。

下图较为直观地显示回波损耗/驻波比与匹配的关系

我们在测试时，常常会有这样的情况，驻波很好，但是测试出来的增益却不怎么高。这里，一个很极端的例子，标准50欧姆负载，驻波为1，但是却没有辐射。所以不能用简单定义驻波和辐射参数的关系，其实，VSWR＝1只能说明发射机的能量可以有效地传输到天线，但是这些能量是否能有效地辐射到空间，这就是天线本身辐射性能问题了。

史密斯圆图反映了传输线的阻抗（或导纳）与反射系数、驻波系数、驻波相位等的关系，并可方便地进行阻抗的匹配和调整，包括确定阻抗匹配的带宽等，在微波电路中进行匹配网络设计，因此圆图在微波工程中有较广泛的应用。

下图为阻抗圆图，它的一些基本特性有：

（1） 3个特殊的点：

匹配点：阻抗圆图的中心（点O），代表匹配状态，称为匹配点

开路点：阻抗圆图实轴的右端点（点a），代表开路状态

短路点：阻抗圆图实轴的左端点（点b），代表短路状态

（2） 特殊圆：

匹配圆：以Oa为直径的圆，该院上个点的阻抗值等于特性阻抗，只需

要消除电抗部分就能实现匹配，因而在阻抗匹配中它显得特别重要。

（3） 特殊线：

纯电阻线：圆图上的aOb线，这条线上的点没有电抗分量，只有电阻分量。

（4） 两个特殊面

感性平面：阻抗圆图的上半平面，这个面上的点，阻抗的电抗部分为感抗，故称感性平面。

容性平面：阻抗圆图的下半平面，这个面上的点，阻抗的电抗部分为容抗，故称容性平面。

阻抗越接近50欧姆，S11越会呈现螺旋状往圆心收敛。

一般情况下，S参数可以使用网络分析仪测量得到，利用S参数，可以将一个器件看作一个具有输入和相应输出的“黑匣子”，这样就可以进行系统建模而不必关心其实际结构的复杂细节。S参数简化了微波电路的分析，是一种很方便的分析手段。

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