Entendiendo los parámetros-S

¿Qué son los parámetros-S?

Los parámetros-S son la manera de representar las características de una red de RF. Describen cuánto de una señal se refleja, se transmite o se transfiere entre los puertos de una red.

Un parámetro-S se denota con la letra «S» seguida de un par de subíndices, donde el primer subíndice indica el puerto de salida y el segundo subíndice el de entrada. Por ejemplo:

• si la energía ingresa por el puerto 1 y sale por el puerto 1, el parámetro-S se llama S11.
• Si la energía ingresa por el puerto 1 y sale por el puerto 2, el parámetro-S se llama S21.
• Si la energía ingresa por el puerto 2 y sale por el puerto 3, el parámetro-S se llama S32, y así sucesivamente.

Una red de dos puertos tiene cuatro parámetros-S:

• S₁₁ es el coeficiente de reflexión de entrada. Mide la porción de la señal de entrada en el puerto 1 que se refleja de vuelta al puerto 1. Este parámetro indica cuánto de la señal de entrada se refleja debido a una desadaptación de impedancias.
• S₂₁ es el coeficiente de transmisión directa. Mide la porción de la señal de entrada en el puerto 1 que se transmite al puerto 2. Este parámetro indica la eficiencia de la transmisión de la señal desde la entrada hasta la salida.
• S₁₂ es el coeficiente de transmisión inversa. Mide la porción de la señal de entrada en el puerto 2 que se transmite al puerto 1. Este parámetro indica lo bien aislado que está el puerto 1 de las señales que ingresan por el puerto 2.
• S₂₂ es el coeficiente de reflexión de salida. Mide la porción de la señal de entrada en el puerto 2 que se refleja de vuelta al puerto 2. Este parámetro indica cuánto de la señal de salida se refleja debido a una desadaptación de impedancias en la salida.

Representación de los parámetros-S

Los parámetros-S son valores complejos, es decir, tienen componentes de magnitud y fase. La magnitud indica cuánto de la señal se transmite o se refleja, mientras que la fase indica cómo se altera la sincronización de la señal. Ambos componentes son necesarios para una completa descripción del comportamiento de la señal.

Los parámetros-S pueden representarse por medio de matrices N-por-N, donde «N» es el número de puertos en la red. Cada elemento de la matriz, Sxy, representa los parámetros de dispersión del puerto y al puerto x. Dado que Sxy es un número complejo, la matriz proporciona:

• Un esquema estructural de las interacciones entre los puertos de la red
• Información detallada acerca de la amplitud y la fase para cada interacción

Otra manera de representar los parámetros-S es con un diagrama de Smith, una herramienta gráfica que se utiliza principalmente para representar coeficientes de reflexión. El diagrama de Smith ayuda a visualizar cómo la impedancia de una red varía con la frecuencia. Trazar tanto los componentes reales como imaginarios de los coeficientes de reflexión en un diagrama de Smith proporciona una imagen clara de la desadaptación de impedancias, lo cual es crucial para minimizar las reflexiones y optimizar la transferencia de potencia.

Los parámetros-S pueden incorporarse en cascada para predecir la respuesta general de una serie de redes conectadas. En otras palabras, al conectarse en serie dos o más redes, pueden combinarse de manera matemática sus parámetros-S individuales a fin de determinar el total de los parámetros-S de las redes combinadas. La capacidad de incorporar en cascada los parámetros-S y predecir el comportamiento del sistema depende tanto de su representación compleja como de su formato de matriz, los cuales permiten el análisis de sistemas más complejos de múltiples etapas.