S21特性とは
～VNAにおいて高周波信号がポート1からポート2へ伝送される度合いを示すパラメータ～
■ 定義
S21特性とは、Sパラメータ（散乱パラメータ）のひとつで、
ポート1から入力された信号がポート2からどれだけ出力されるか（伝送特性）を表します。
数式的には：
周波数領域で定義され、複素数（振幅 + 位相）で表現されます。
■ 単位と表示
種類 | 内容 |
|---|---|
dBスケール（振幅） | |S21| を対数変換し、信号の減衰や増幅を表す |
位相スケール（°） | 信号がポート1→2間でどれだけ遅延したか（時間軸のずれ）を示す |
■ 代表的な意味と用途
用途 | 意味 |
|---|---|
伝送損失（Insertion Loss） | 信号が減衰している場合、S21は0dB以下 |
増幅特性（Gain） | アンプなどで信号が増幅された場合、S21は0dB以上 |
フィルタの通過帯域評価 | 通過帯域でS21 ≒ 0dB、遮断帯域で大きく低下（−40dB以下など） |
共振器・アンテナ評価 | 共振点でピークが現れる（例：S21が急激に上昇） |
差動伝送路の伝送効率 | PCBの信号整合性解析にもS21が使われる |
■ 実例：ローパスフィルタのS21グラフ（dB表示）
| 0dB ─────────────┐ ←通過帯域 │ ↓ -20dB ────────┐ ←遮断帯域↓ -40dB ────────┘ └─┬─┬─┬─┬─┘ f1 f2 f3 f4 f5 → 周波数軸（対数）
■ 測定機器
測定器 | 特徴 |
|---|---|
ベクトルネットワークアナライザ（VNA） | S21を含むすべてのSパラ（S11, S21, S12, S22）を高精度に測定 |
スペクトラムアナライザ + トラッキングジェネレータ | 振幅のみの簡易的なS21測定（伝送測定）が可能（位相は不可） |
スカラーネットワークアナライザ（SNA） | dBゲイン／減衰の測定に特化した簡易装置 |
■ S21と他のSパラの関係
パラメータ | 意味 |
|---|---|
S11 | 入力ポートでの反射（反射係数、VSWR） |
S21 | 入力→出力の伝送特性（通過／損失／増幅） |
S12 | 出力→入力の逆方向伝送特性（アイソレーション） |
S22 | 出力ポートでの反射特性（負荷整合性） |
■ まとめ
項目 | 内容 |
|---|---|
S21とは？ | 高周波信号が入力（ポート1）から出力（ポート2）へ伝送される割合 |
単位 | 振幅（dB）と位相（°） |
主な用途 | フィルタ、アンプ、アンテナ、伝送路の周波数特性評価 |
使用機器 | VNA、SNA、スペアナ+TGなど |
利点 | 信号の「どれだけ通るか」を定量評価可能、整合性・品質管理に不可欠 |
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