Sパラメータ — CAE用語解説

Sパラメータは回路のポート間で電力波がどれだけ反射・透過するかを表す値だよ。例えば2ポート回路なら、S11は「入力ポートに入れた信号のうちどれだけ反射して戻ってくるか」、S21は「どれだけ出力ポートに透過したか」を示す。アンテナのS11が-10dB以下なら反射は入力の10%以下、つまり90%以上がアンテナから放射されていることになる。

高周波（GHz帯）だと波長が回路のサイズと同程度になるから、「ここが入力、ここが出力」とスパッと区切れない。電圧・電流も位置によって変わる。Sパラメータは「入射波と反射波の比」で定義するから、こういう分布効果を自然に扱える。しかもネットワークアナライザで直接測定できるのが実務上すごく便利なんだ。

3D電磁界ソルバー（HFSSやCST Studio Suite）でポートに電磁波を入射させ、Maxwell方程式を解いて各ポートの反射波・透過波を計算するんだ。例えばスマートフォンのアンテナ設計では、S11で帯域内の反射特性を確認し、S21でアンテナ間のアイソレーション（干渉の少なさ）を評価する。

Sパラメータの計算にはMaxwell方程式のうち、特にアンペールの法則が基礎になるよ。

よくあるのは基板の誘電率のばらつき、コネクタや治具の影響、メッシュの不足だね。特に高周波では基板のDk（誘電率）が周波数によって変化するし、実装の半田フィレットも影響する。シミュレーションと測定でキャリブレーション条件を揃えることが大事だよ。

もちろん。S11からVSWR = (1+|S11|)/(1-|S11|) で換算できるし、入力インピーダンスもS11から計算できる。Sパラメータは高周波の「共通言語」だから、これらの関連概念も押さえておくといいよ。

そう。スミスチャートにS11をプロットすると、インピーダンスの周波数特性が一目でわかるから、整合回路の設計にも使える。高周波エンジニアの必須スキルだね。