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S參數需要具有的特性方可用於模擬？

1、遵循三大S參數特性原則:無源性（Passivity），互易性（Passivity），因果性（Causality）。VNA產生的S參數由於不遵循這三個特性的原則,需要另外的軟體來做這三個原則的檢查驗證之後才能用於模擬。

2、有DC點。 VNA產生的S參數不帶有DC點,需要另外的方法測量出DC時的S參數值。

3、對於差分信號系統,需要混合模式S參數。VNA不能直接產生混合模式S參數。

4、S參數以touchstone文件格式保存。

S參數頻域與時域的聯繫

無源性（Passivity）

對於一個無損網路，S矩陣是一個單位矩陣，因此，對於二埠網路存在下面的關係式：

由於沒有損耗，所有散射的總量應是100%。當S21（S11）大的時候，S11（S21）就會小一些，這從前面的S參數曲線可以看出來。 對於無源的二埠網路

，因此，一個無源器件的S參數不會大於1（0dB）。VNA測量的S參數結果如果沒有經過軟體進行無源性驗證，其S參數值會出現出現大於0dB的情形，不能直接用於模擬軟體。

表示為功率散射比，這個值越小,說明損耗越大。

互易性（Reciprocity）

如果一個器件是可交換方向使用，而不是單相的如隔離器、環行器。S矩針是對稱的，因此，Sij=Sji。

因果性（Causality）

所謂因果性就是先有激勵才有輸出。對於無源系統S參數，由於信號的傳輸一定會產生一定的延時，因此無源系統的S參數應該是符合因果性原理的，但實際測得的S參數往往會由於種種原因產生一定的非因果性。很多信號完整性模擬軟體需要符合因果性特徵的S參數，否則模擬時可能會產生髮散現象，導致不正確的模擬結果。

S參數為系統在頻域的傳遞函數，所以同樣它的虛部必須等於實部的希爾伯特變換才能滿足其時域波形的因果性。

1、通過觀察TDRNEXTFEXT是否在T=0之前有相應來判斷Causality與Passivity

2、通過史密斯園（Smith Chart）來觀察S參數來判斷Causality與Passivity

2.1、滿足Causality與Passivity傳輸線的史密斯圓，會呈現以順時針方向往中心螺旋收斂的曲線。

將線長從10mm拉長一倍到20mm，發現越長的線，其Smith Chart中隨頻率增加而順時針向中心旋轉收斂的布幅也會增加。

把介質loss tangent從0.02改為0.06，發現Smith Chart中隨頻率增加而順時針向中心旋轉的收斂加快。順時針向中心旋轉與lossy有關。

2.2、滿足Causality但a bit violate Passivity傳輸線的史密斯圓，會出現部分頻段貼合，沒有往中心旋轉收斂。

本例是四條傳輸線（.S8P），故意降低Mesh Performance（放大Error Percentage=0.1%），低頻DC~0.1GHz可以不求解，並且使用lossless介質。

2.3、non-causality and non-passivity的史密斯圓，相對於n*n matrix中不同矩陣區塊內的violate程度，曲線可能會折彎（低頻violate passivity越重，在Smith Chart也看到低頻曲線有不規則的折彎），或是不往中心收斂。

S參數因果性小結：

Reference：

【1】http://www.oldfriend.url.tw/index.htm

【2】【經驗分享】轉：關於S參數的一些理解 - 無源技術 - RF技術社區

【3】【圖文】探索S參數_百度文庫

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