- LNA的输入参数 S11 代表了输入端口匹配的程度。
- LNA的输出参数 S22 代表了输出端口匹配的程度。
下面我将详细解释这两个S参数,以及LNA设计中最重要的另外两个S参数。
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S参数 (Scattering Parameters) 简介
S参数是描述多端口网络（如放大器、滤波器、天线等）在特定频率下信号传输和反射特性的数学工具，它使用入射波和反射波来定义，非常适合在高频电路中使用,因为电压和电流在高频下很难直接测量。
对于一个二端口网络（如LNA）,有四个关键的S参数：
| S参数 | 名称 | 物理意义 |
|---|---|---|
| S11 | 输入反射系数 (Input Reflection Coefficient) | 端口1的反射波与入射波之比，衡量从端口1看进去的阻抗匹配情况。 |
| S21 | 正向传输系数 (Forward Transmission Coefficient) | 端口2的出射波与端口1的入射波之比，衡量信号从输入端传递到输出端的增益或损耗。 |
| S12 | 反向传输系数 (Reverse Transmission Coefficient) | 端口1的出射波与端口2的入射波之比，衡量反向隔离度，即输出信号反向泄漏到输入端的能力。 |
| S22 | 输出反射系数 (Output Reflection Coefficient) | 端口2的反射波与入射波之比，衡量从端口2看进去的阻抗匹配情况。 |
LNA的输入/输出参数详解
我们把这些通用定义应用到低噪声放大器上。
输入参数: S11
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代表什么？ S11 是 LNA 的 输入反射系数，它描述了当信号从源（如天线或前级电路）通过传输线进入 LNA 的输入端口时，有多少信号被“反射”了回去。
（图片来源网络，侵删） -
为什么它对 LNA 至关重要？
- 噪声系数: LNA 的主要设计目标之一是获得极低的噪声系数，S11 与噪声系数直接相关，为了实现最小噪声系数，LNA 的输入阻抗通常需要进行“噪声匹配” (Noise Matching)，而不是传统的“功率匹配”，这意味着 S11 的最佳值可能不是一个完美的 -10dB,而是根据晶体管噪声参数优化后的一个特定值。
- 功率传输: 虽然噪声匹配是首要目标，但如果 S11 过差（即反射过大），会导致大量输入功率被反射回去，而不是被 LNA 放大,从而降低系统灵敏度。
- 驻波比: S11 直接决定了输入端的电压驻波比，一个差的 VSWR 会导致信号源和 LNA 之间产生多次反射,可能引起信号失真和不稳定。
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如何衡量？
- 理想值: 在进行噪声匹配时，S11 通常不是一个完美的匹配（即不是 -∞ dB）。
- 可接受值: 通常要求 S11 < -10 dB，这意味着从输入端口反射的功率小于入射功率的 10%，在很多应用中，-6 dB 到 -10 dB 是一个常见的范围。
输出参数: S22
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代表什么？ S22 是 LNA 的 输出反射系数，它描述了当信号进入 LNA 的输出端口后，有多少信号被“反射”回 LNA 内部。
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为什么它对 LNA 至关重要？
（图片来源网络，侵删）- 功率传输: S22 的主要目标是实现“功率匹配” (Power Matching)，我们希望 LNA 输出的最大功率能够有效地传递到下一级电路（如混频器或滤波器），当 S22 = 0 (或 -∞ dB) 时，表示输出阻抗与负载阻抗完美匹配，没有功率反射,实现最大功率传输。
- 稳定性: 一个差的输出匹配（S22 较差）会增加放大器的不稳定性,容易在特定频率下发生振荡。
- 增益平坦度: 输出匹配的好坏会影响增益随频率变化的平坦度。
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如何衡量？
- 理想值: S22 = -∞ dB (即反射系数为0)。
- 可接受值: 通常要求 S22 < -10 dB,以确保大部分输出功率能被有效负载吸收。
LNA 的另外两个关键 S 参数
虽然你的问题只问了输入输出参数，但一个完整的 LNA 分析必须考虑另外两个参数，它们共同定义了 LNA 的核心性能。
核心性能参数: S21 (增益)
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代表什么？ S21 是 LNA 的 正向传输系数，也就是我们常说的 功率增益,它表示输入信号被放大了多少倍。
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为什么它重要？ 这是放大器最基本的功能指标，高增益的 LNA 可以补偿后续电路的损耗,提高整个系统的信噪比。
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如何衡量？
- 单位: 分贝。
- 典型值: LNA 的增益通常在 10 dB 到 20 dB 之间。
核心性能参数: S12 (反向隔离度)
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代表什么？ S12 是 LNA 的 反向传输系数，也称为 反向隔离度，它表示输出端的信号有多少“泄漏”回了输入端。
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为什么它重要？
- 稳定性: S12 是决定放大器是否稳定的关键因素，S12 较大（即反向隔离度差），输出端的信号（包括噪声和可能的振荡）很容易通过晶体管的内部反馈耦合回输入端，可能导致放大器自激振荡,使其无法正常工作。
- 噪声: 输出端的噪声通过 S12 反馈回输入端，会被 LNA 再次放大,从而恶化整个系统的噪声性能。
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如何衡量？
- 单位: 分贝。
- 理想值: S12 = -∞ dB (即完全隔离)。
- 可接受值: 通常要求 S12 < -20 dB，数值越小（负得越多），表示隔离越好,放大器越稳定。
总结表格
| S参数 | 名称 | 在LNA中的角色 | 目标/理想值 |
|---|---|---|---|
| S11 | 输入反射系数 | 输入匹配 | 噪声匹配 (非完美匹配)，< -10 dB |
| S22 | 输出反射系数 | 输出匹配 | 功率匹配，尽可能接近 -∞ dB，< -10 dB |
| S21 | 正向传输系数 | 功率增益 | 越高越好，典型值 10-20 dB |
| S12 | 反向传输系数 | 反向隔离度 | 越小越好 (即负得越多)，典型值 < -20 dB |
当你谈论 LNA 的输入和输出参数时，你就是在讨论 S11 和 S22，它们分别定义了 LNA 与其前后级电路的接口匹配质量，而 LNA 的整体性能则由这四个 S 参数共同决定。
