过去，人们一度使用各种仪器及其测量结果来设计线性系统和元器件。这种设计方法迅速被离散参数（S参数）设计方法取代。S参数把多种仪器及其测量结果统一起来，可让用户仅使用一种仪表（矢量网络分析仪）通过单次连接测量增益、隔离度和匹配等参数。在过去 40 多年里，S参数一直占据着微波理论和技术中最重要的位置，它们包括了早已为工程师所熟悉的测量项目，例如 S11（输入匹配）、S22（输出匹配）、S21（增益/ 损耗）、S12（隔离度）等，这些测量项目的测试结果可以很方便地导入到电子仿真工具。
在今天，S参数仍是对射频和微波元器件的线性特性进行分析和建模的常用参数。但是我们也看到，当前业界发展趋势是要求提高能源使用效率、增大输出功率和延长电池使用寿命，许多线性器件为此不得不工作于非线性状态。在这里，工程师真正需要是一个专为精确地测量和仿真被测器件的线性特性而设计的解决方案。
数字互联测试系统能够对多端口互连产品进行全面的信号完整性表征，适用于高速数字应用以便测量高级 S参数。
S参数是什么？为什么使用 S参数？这是工程师入门必须了解的基础知识。
S参数的全称为Scatter参数，即散射参数，是在传输线两端有终端的条件下定义出来的，一般是50Ω。S参数是一个复数矩阵，反映了在频域范围内的反射信号 / 传输信号的特性（幅度/相位）。在我们仿真和测试中经常会用的S参数。通过S参数，我们能看到传输通道的几乎全部特性，例如信号的反射，串扰，损耗。我们以反射为例了解下S参数。对于无源二端口网络，从端口出去的正弦信号一定与进去的正弦信号同频率。
根据信号反射的介绍，信号在传输过程中会产生入射波和反射波，既有进入端口的信号也有从端口中出来的信号，上图中：
a1：从端口1进入的正弦信号
b1：从端口1出来的正弦信号
a2：从端口2进入的正弦信号
b2：从端口2出来的正弦信号
S参数可以表示为：
S参数具有对称性，即如果传输通道完全对称则，S11=S22；S21=S12；
S参数是网络分析仪的工作语言。散射参数能够完整地描述任何线性、非时变的元件，全面描绘该元件在其可能连接的系统中表现出的特性。散射参数包含相位信息，因此它们是复数形式的相量，同时还与频率有关。一旦知道散射参数，便可以将它们转换为其他网络参数，以便进行电路设计、优化或调谐。”
在矢量网络分析仪的术语中，一般用参考通道(R)表示入射波的测量结果。A 通道负责测量反射波，B 通道负责测量传输波（下图）。
下面一幅图介绍S11,S12,S21,S22参数。
在知道了这些波的幅度和相位信息之后，便能定量描述被测器件(DUT)的反射特性和传输特性。
反射特性和传输特性可以用矢量（幅度和相位）、标量（只有幅度）或纯相位表示。例如，回波损耗是反射的标量测量结果，而阻抗则是反射的矢量测量结果。我们也可以使用比值测量法进行反射和传输测量，这样可以避免受到绝对功率以及源功率随频率变化产生的影响。反射量的比值通常用A/R表示，而传输量的比值为B/R，它们与仪器中的测量通道有关。
回波损耗是以对数形式(dB) 表示反射系数的一种方法。回波损耗是反射信号低于入射信号的dB 数。回波损耗总是为正数，介于无限大（使用特性阻抗负载端接）和 0 dB（开路或短路端接）之间。另一个表示反射的常用术语是电压驻波比(VSRW)，它定义为射频包络的最大值与最小值之比。它等于(1 + r)/(1 – r)。VSWR 的数值范围为1（无反射）到无限大（全反射）。
传输系数的定义为总发射电压除以入射电压（下图）。若发射电压的绝对值大于入射电压的绝对值，则意味着被测器件或系统有增益。若发射电压的绝对值小于入射电压的绝对值，则意味着被测器件或系统有衰减或插入损耗。传输系数的相位部分称为插入相位。
S参数的优点
S参数的局限性
尽管 S参数用途广泛且功能非常强大，但它们确有其局限性—只能用于小信号线性系统。随着通信技术革命性的进步和发展，工程师经常会把功率放大器（PA）等有源器件推动到其工作的非线性区域。因此，他们现在又需要利用新的解决方案来精确测量器件的非线性特性。他们基本的做法是采用 S参数并施加一些非线性品质因数（例如信道功率比(ACPR)和增益压缩）进行线性假设。尽管工程师能够容忍这种不精确性，但他们不得不执行成本高且完全依赖经验的重复设计，从而使设计流程的时间和成本显著增加。为了在高频领域更加快速、精确和确定性地设计出非线性器件，工程师需要对器件的非线性特性恰当地进行测量，并使用统一模型（类似于 参数的适用于非线性器件的模型）将完整的器件信息应用到仿真和设计中。
X参数相对于器件和系统非线性特性的测量就像 S参数相对于器件和系统的线性特性测量。X参数针对工程师遇到的难题提供了解决方案。
X参数是确定性高频率设计非线性网络参数的一个新类别，可用于表征非线性器件的幅度和相对相位。与 S参数不同的是，X参数对于大信号和小信号、线性和非线性器件都适用。X参数可正确表征阻抗失配和频率混迭特性，从而能够精确仿真级联的非线性 X 参数模块，例如无线设计中的放大器和混频器。
注：* X参数是是德科技有限公司的注册商标。X参数格式和基础方程是公开的并存档。
与 S参数相比，X参数是我们开发出来的表征和分析射频器件的线性和非线性特性的一种更可靠、更完整的方法。作为 S参数在大信号工作环境下的扩展，X参数的测量条件是要把被测器件先推动到饱和工作状态（这也是很多元器件的实际工作状态），然后再进行 X参数的测量。在测量 X参数的时候，我们不使用或需要知道与被测器件（DUT）内部集成电路有关的信息，我们所要做的是测量各种电压波形的激励响应模型（参见下图）。
图. 以多级放大器为例，它的 X参数可在频域中进行描述，并映射出入射波（A）与散射波（B）的关系。了解在所有谐波上的入射波和散射波的幅度和相位信息，就相当于完全了解时域波形信息，这样就能捕获器件的非线性输入- 输出特征。
换句话说，基波和所产生的失真信号的绝对幅度、不同频率信号的相对相位信息都能精确地测量，然后用 X参数表征。我们使用上述信息构建了基于 X参数的器件特性模型，这些模型可与经过校准的测量工具共同导出不同的品质因数，例如 ACPR、压缩和误差矢量幅度 EVM（参见下图）。这种快速生成的精准模型还涉及到其他变量，譬如源和负载阻抗等。
如何生成X参数？
以下两种方法都可以用来生成 X参数：使用是德科技先进设计系统（ADS）软件的电路级设计生成 X参数，或使用 Keysight PNA-X 网络分析仪中的非线性矢量网络分析（NVNA）软件直接测量出 X 参数，如下图所示。
"PathWave ADS软件提供了市场领先的电路设计与仿真软件，该软件通过模板提供了全面的设计指南，可帮助您更快地入门。"
要想从 ADS电路级原理图中得到 X参数，首先要在 ADS中创建电路原理图。
在原理图生成后，就可将频率、直流偏置、温度及其他重要参数输入到 X参数发生器中。该工具采用电路级设计，计算用于 ADS 谐波平衡或电路包络仿真的某个器件或模块的 X参数。X参数发生器工作起来非常灵活，可以为非线性多端口器件在多音激励以及负载牵引仿真的条件下生成 X参数。
要想通过测量快速而精确地得到 X参数，需要使用 Keysight NVNA应用软件。该软件直接测量被测器件的 X参数，这些参数可导入到 ADS仿真器，或者像 S参数一样显示。测量 X参数时，NVNA 充分利用了内置的两个射频源，使用大信号音驱动被测器件以设置大信号工作点，同时在适当的频率和相位上对被测器件施加小信号音。
图. Keysight NVNA 是运行在 PNA-X 网络分析仪上的应用软件， 工作频率从 10 MHz 到 50 GHz，树立了新的射频/微波非线性网络分析标准。它可以帮助工程师更加确定地测量 X参数。
因此非常重要的是，在测量过程中仔细控制这些信号的相位和幅度。在这些激励条件下测量各个散射波的幅度和相位信息，就可以得到 X参数。无论器件是工作在线性状态还是非线性状态，这些参数都能给工程师提供器件增益和匹配等信息。
X参数的精度和可靠性使之成为希望更好地了解有源器件非线性特性的工程师的绝佳工具。无论 X参数是通过 ADS 创建出来的还是通过 PNA-NVNA 直接测量得到的，它们都能轻松地导入到 ADS软件中，然后应用在相关的器件或系统上，以进行产品设计或仿真。
X参数的主要特性和优势
尽管网络分析仪主要用于测量 50 Ω 器件，但是 X 参数的可扩展性使其能够超越这一限制（例如，测量 3 Ω 的功率放大器）。
这种扩展可通过在网络分析仪和被测器件之间添加一个匹配网络来实现，也可通过负载牵引调谐器来实现。另外，由于 X 参数发生器不会限制器件的端口数以及功率和频率范围，因此它能够处理非常复杂的器件设计，譬如多端口器件（例如 3 端口器件）、多音激励的器件（例如混频器）、多种直流偏置状态的器件、甚至是任意拓扑结构的器件。将来，NVNA 对器件进行物理测量以生成 X 参数时也会使用这种能力。
X参数目前主要的应用对象是像功率放大器这类表现出很明显的非线性特性的有源器件。即使基础网络分析仪的配置仅能处理 1 W 功率，NVNA 也能测量大功率器件的 X参数（例如，GAN 和 10/100/250 W 器件）。
Keysight PNA-X网络分析仪在硬件结构上的灵活性使得 100 W、甚至 250 W 器件的 X参数测量成为可能。
图. NVNA 只需一些简单的操作步骤，结合使用功率计、相位基准和矢量校准件以及 PNA-X网络分析仪的分析功能，便可去除测量结果中的系统误差。
结论
随着有源器件持续不断地应用在非线性工作区域，对器件的非线性特性进行快速和精确测量的需要比以往更显迫切。作为 S参数逻辑上的扩展，X参数包含了丰富的非线性信息，凭借其精确性和可靠性成为了解决当前业内难题的理想解决方案。无论是通过实测得到还是通过ADS仿真创建，它们都能提供不逊于S参数的测量速度和方便性。基于 X参数的器件特性模型可以方便快速地应用在仿真环境，帮助工程师在最短时间内设计出精度最高、性能最可靠的器件和系统。
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本文讨论范围包括常用的参数（S参数），另外还回顾了传输线和史密斯圆图等射频基础知识。
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