S-параметры описывают взаимосвязь вход-выход между двумя портами (или терминалами) в электрической системе. Например, если у нас есть 2 порта (назовем их Port1 и Port2), то S12 обозначает передачу мощности из Port2 в Port1. S21 представляет обратную передачу, из Port1 в Port2. В общем случае SNM представляет передачу мощности из PortM в PortN (первая цифра обозначает порт приемника, а вторая цифра порт источника сигнала).

Порт может быть свободно определен как любое место, куда мы можем доставить напряжение или ток. Так, если у нас есть коммуникационная система с двумя радиоустройствами (radio1 и radio2), то два радиотерминала (через которые передаются сигналы между антеннами) будут двумя портами. Тогда S11 будет приемником отраженной мощности radio1, которую мы пытаемся передать в антенну 1. Соответственно S22 было бы отраженной мощностью, которую radio2 пытается передать в антенну 2. И S12 это мощность от radio2, которая доходит до антенны 1 устройства radio1. Обратите внимание, что в общем случае S-параметры зависят от частоты (т. е. меняются с изменением частоты).

В качестве примера рассмотрим 2-портовую сеть:

На этом рисунке S21 обозначает мощность сигнала, принятого антенной 2 от ввода мощности в антенну 1. Например, S21 = 0dB подразумевает, что вся мощность, доставленная в антенну 1, попадает в антенну 2. Если S21 = -10dB, то если в антенну 1 выдается 1 ватт (или 0 dB), то -10dB мощности (0.1 ватт) принимается антенной 2.

Если в этой схеме присутствует усилитель, то S21 может показать это усиление (т. е. S21 может быть больше 0dB). Это значит, что 1 ватт мощности, доставленной в Port1, соответствует больше чем 1 ватту мощности, принятой в Port2.

На практике самым частым упоминаемым параметром является S11. Он представляет, сколько мощности было отражено от антенны, и поэтому его еще называют коэффициентом отражения (иногда обозначаемые символом Γ (гамма), или термином потери на отражение, return loss). Если S11 = 0dB, то вся мощность отражается от антенны, и ничего не передается. Если S11 = -10dB, то это значит, что если в антенну уходит 3dB мощности, то отражаемая мощность -7dB. Остальная часть мощности была "принята" антенной, или передана антенной. Эта принятая мощность была излучена в эфир, или была рассеяна на активном сопротивлении антенны. Поскольку антенны обычно разрабатывают с целью минимизировать потери, то в идеальном случае излучается большая часть доставленной в антенну мощности. См. также описание КСВ (английский термин VSWR [2]), который напрямую связан с S11.

Для примера рассмотрим график частотной характеристики антенны:

Такой график обычно выдает анализатор цепей, Vector Network Analyzer (VNA), который может измерить S11 (например, см. описание NanoVNA [2]). График показывает, что антенна лучше всего излучает на частоте 2.5 ГГц, при которой S11 = -10dB. На частоте 1.5 ГГц антенна почти ничего не излучает, потому что значение S11 близко к 0dB (т. е. вся подводимая к антенне мощность отражается обратно). Таким образом, по этому графику можно судить о рабочем диапазоне частот антенны. Если под полосой пропускания подразумевать диапазон частот, где S11 меньше -6dB, то полоса пропускания грубо составит 1 ГГц, т. е. нижний предел полосы частот 2 ГГц, а верхний предел 3 ГГц.

[Ссылки]

1. S-parameters site:antenna-theory.com.
2. Коэффициент стоячей волны (КСВ).
3. NanoVNA-F V2, векторный анализатор радиоцепей.