S参数对称性及能量守恒

 S参数对称性及能量守恒:

从宏观上来看，无源互连结构的S参数有两个有用的特征：能量守恒、对称性。

对于一个无损耗的二端口网络，比如一段理想传输线，根据能量守恒，进入传输线的信号能量一定等于从两个端口出来的信号能量。即进入传输线的信号功率记为,进入传输线的信号功率记为,从1口出来的信号功率(反射信号)记为,从2口出来的信号功率(传输信号)记为,则根据能量守恒，下式成立。

我们将功率用电压表示，如果端口阻抗相同，则

根据S参数的定义，上述能量守恒可以使用S参数表示

由于传输线没有任何损耗，如果端口1没有反射信号，那么信号全部传输到端口2，
幅度将为1。如果端口1有很强的反射信号，这部分反射信号能量无法到达端口2,那么端口2信号的幅度将减小。图6-28显示了无损传输线和两个参数之间的关系。当=0.6时，

信号的反射对S₂的影响有时微乎其微，有时却非常严重。图6-29显示了取不同值时，的变化趋势。当<-15 dB时，即使很大的变化量也不会对产生显著影响，但是当>-5dB时，很小的变化就会引起的急剧变化。在工程测试中经常会出现这样的情况，两个通道的有很大的差别，有时甚至差十几个dB,但却几乎感觉不到差别，原因就在于较小时，反射对的影响很小。尽管如此，却不能忽略对接收信号的影响。表示的是信号的衰减，信号衰减不大，并不一定代表接收端信号质量一定很好，还有很多因素会影响接收信号的质量，反射就是其中一个重要的因素。对于差分传输的高速互连通道，信号在通道中反复的反射传播会引起一系列问题，最终会导致接收信号质量的恶化。工程中通道相似但接收端眼图却有很大差别的情况经常出现。

现实中的传输线都是有损耗的，考虑损耗情况下能量守恒等式变为

无源互连结构的S参数另一个特征是对称性，对于二端口S参数，理想情况下=。图6-31显示了和幅度及相位比较。即使互联通道中存在阻抗不连续，这一对参数仍然保持这种关系。实测的参数由于存在测试噪声可能会有轻微的差别，但是总体上都会满足这样的对称关系。

通常情况下≠,只有通道完全对称的特殊情况下(互连通道从两个端口看进去结构完全相同),才有=。有时尽管幅度相同，但是和的相位不同，图6-32显示了靠近端口2处有一个阻抗不连续点的互联通道和的比较。由于阻抗不连续点

靠近端口2,所以从端口2看进去和从端口1看进去互连通道是不同的，因此反射情况也不同，这种特性会对信号产生微妙的影响，有时设计过程中会有意控制阻抗不连续点的位置(比如交流耦合电容的位置)来达到改善信号质量的目的。

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