散乱パラメータチュートリアル：それとは何か、そして何をするのか？

Sパラメータとは何か

Sパラメータ、または散乱パラメータまたはS行列パラメータは、RFエネルギーがマルチポートネットワークをどのように通過するかを表します。これは、RF電子部品の線形特性を表し、エネルギーが電気ネットワークをどのように通過するかを説明します。

Sパラメータ行列は、ゲイン、損失、インピーダンス、位相群遅延、およびVSWRなどの特性を計算します。Sパラメータは、複雑なネットワークを単純な「ブラックボックス」として表現し、その内部で信号に何が起こるかを明確に示します。ネットワーク内のブラックボックスには、抵抗器、送電線、または集積回路などが含まれることがあります。

Sパラメータについて議論する際、「散乱」は、伝送線路内の進行中の電流と電圧がネットワークの導入によって生じた不連続性に接触したときにどのように影響を受けるかを説明します。

Sパラメータは、電気、電子、通信システム工学において広く使用され、特に高周波数で動作し、様々な定常状態入力信号（小振幅）に対して線形電気ネットワークの電気特性を効果的に説明するために使用されます。

Sパラメータは任意の周波数で使用できますが、主に無線周波数（RF）およびマイクロ波ネットワークで使用されます。なぜなら、信号の電力とエネルギーの考慮事項は、電流や電圧よりも測定が簡単だからです。Sパラメータは周波数依存であるため、Sパラメータの測定には、特性インピーダンスまたはシステムインピーダンスに加えて、周波数情報も必要です。

ネットワークまたは回路は、抵抗器、インダクタ、コンデンサなどのさまざまな電気部品を相互接続します。ポートとは、信号がネットワークに入ったり出たりする一対の端子を指します。

Sパラメータを使用して特徴づけられる電気ネットワークまたは「ブラックボックス」は、図1に示すように、任意の数Nのポートを持つことができます。ポートは、電流がネットワークに入ったり出たりする点です。これらは時折「端子」と呼ばれます。

Sパラメータは何を示すのか

Sパラメータは複素数（実部と虚部を持つ数）であり、直接または行列を使用して、周波数領域での反射または透過特性の振幅および/または位相を表示することができます。

複雑な時間変動信号が線形ネットワークを通過すると、振幅と位相シフトにより、時間領域の波形が大幅に歪むことがあります。そのため、周波数領域での振幅と位相情報は重要です。Sパラメータは両方の情報をサポートし、高周波デバイスの特性評価に多くの利点があります。

Sパラメータの一組を指定する際には、以下の情報が必要です：

• 周波数

• 名目上の特性インピーダンス（通常50Ω）

• ポート番号の割り当て

• 温度、制御電圧、バイアス電流などのネットワークに影響を与える条件（適用可能な場合）

Sパラメータの詳細

Sパラメータアプローチによれば、電気ネットワークは、抵抗器、コンデンサ、インダクタ、トランジスタなどのさまざまな基本的な電気回路部品が互いに接続されており、ポートを通じて他の回路と通信する「ブラックボックス」です。

Sパラメータ行列は、ポートに適用される信号に対するネットワークの応答を決定するために使用できる複素数の正方行列であり、ネットワークの特性を表します。Sパラメータで記述された電気ネットワークは、複数のポートを持つことができます。

Sパラメータは、ゲイン、反射損失、電圧立上比（VSWR）、ネットワークの安定性、反射係数などのさまざまな電気属性を表現する柔軟な手段を提供します。

出典: Electrical4u.

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