Blog 4 - S21 LÀ GÌ? TẦM QUAN TRỌNG CỦA HỆ SỐ TRUYỀN TRONG ĐO LƯỜNG RF

1. S21 là gì? – Khái niệm cơ bản trong đo lường RF

Trong đo lường RF bằng Vector Network Analyzer (VNA), S-parameters (tham số tán xạ) mô tả cách tín hiệu điện di chuyển qua linh kiện hoặc mạng 2–port.

Nếu S11 phản ánh lượng tín hiệu bị phản xạ trở lại cổng vào (input), thì S21 thể hiện điều ngược lại:

???? S21 là hệ số truyền (Transmission Coefficient): mức năng lượng truyền từ cổng 1 sang cổng 2.

• Cổng 1 = Input (nguồn phát)

• Cổng 2 = Output (tải nhận tín hiệu)

S21 được đo bằng:

• Biên độ (Magnitude) → dB

• Pha (Phase) → độ hoặc radian

Trong thực tế đo lường RF, S21 được hiểu đơn giản là:

“Linh kiện cho tín hiệu đi qua tốt đến mức nào?”

???? 2. Ý nghĩa của S21 – Tại sao các kỹ sư cần quan tâm?

???? 2.1. Đánh giá khả năng truyền dẫn (Insertion Loss – IL)

Đối với hầu hết các linh kiện thụ động (cáp, connector, filter, switch, PCB trace...), người ta thường xem:

???? Insertion Loss = –S21 (dB)

• S21 = –1 dB → Tín hiệu truyền qua rất tốt

• S21 = –3 dB → Mất 50% năng lượng

• S21 = –10 dB → Truyền rất kém

IL thấp → linh kiện chất lượng cao → suy hao ít.

???? 2.2. Đánh giá độ lợi khuếch đại (Gain)

Với các linh kiện chủ động như LNA, PA:

???? Gain = S21 (dB)

• Gain 20 dB = khuếch đại mạnh

• Gain 5 dB = khuếch đại yếu

S21 giúp kỹ sư đánh giá hiệu quả của bộ khuếch đại trong thực tế.

???? 2.3. Dải tần hoạt động (Bandwidth)

Dựa vào biểu đồ S21, ta biết linh kiện hoạt động tốt trong dải tần nào:

• Filter: vùng passband / stopband

• Antenna: độ lợi theo tần số

• Cable: tần số tối đa có thể sử dụng

???? 2.4. Phân tích đường truyền (Transmission Line Analysis)

S21 giúp đánh giá:

• Tổn hao vật liệu PCB

• Chất lượng mạ Cu/Ni/Au

• Tần số cộng hưởng không mong muốn

Đây là công cụ quan trọng trong thiết kế RF high-speed (5G, WiFi 6, UWB).

???? 3. Ứng dụng thực tế của S21 trong công nghệ RF

✔ 3.1. Kiểm tra chất lượng anten

S21 dùng để đo độ lợi anten khi test trong chamber kết hợp với hệ thống đo OTA.

✔ 3.2. Kiểm tra filter, duplexer, diplexer

S21 thể hiện rất rõ:

• Vùng truyền tốt (passband)

• Vùng chặn (stopband)

• Độ dốc filter (roll-off)

• Suy hao chèn (IL)

✔ 3.3. Kiểm tra chất lượng cáp RF

S21 giảm mạnh khi:

• Sợi cáp bị gãy

• Connector hở

• Có tổn hao vật liệu hoặc tần số quá cao

✔ 3.4. Đánh giá module khuếch đại (PA, LNA)

S21 giúp xem:

• Mức gain thực tế

• Điểm nén (P1dB)

• Ổn định theo tần số

⚙ 4. Cách đo S21 bằng VNA (Keysight, R&S, Anritsu)

Bước 1 – Chuẩn bị DUT (Device Under Test)

• Cáp RF chất lượng

• Đầu nối SMA/3.5mm/2.92mm phù hợp

• Thiết bị VNA (E5061B, ZNB20, MS46322B, …)

Bước 2 – Hiệu chuẩn (Calibration)

Sử dụng bộ cal:

• Open / Short / Load / Thru

• Thực hiện 2-port calibration

Bước 3 – Kết nối DUT

• Port 1 → Input

• Port 2 → Output

Bước 4 – Thiết lập tần số đo

Ví dụ đo 1–20 GHz:

• Start: 1 GHz

• Stop: 20 GHz

• IF BW: 1 kHz

• Số điểm: 1601

Bước 5 – Đọc kết quả

• Dạng đường cong → biên độ S21 theo tần số

• Giá trị IL hoặc Gain

• Pha (phase)

• Nhận xét passband/stopband

???? 5. Giá trị S21 bao nhiêu là “tốt”?

Tùy thiết bị:

???? Antenna

• S21 thường dùng cho OTA chamber

• Độ lợi cao hơn → S21 tốt hơn

???? Cáp RF

• Cáp tốt: –0.5 → –2 dB trong dải 1–3 GHz

• Cáp kém: –5 dB trở lên

???? Filter / Duplexer

• Passband: IL < –2 dB

• Stopband: S21 > –30 dB dB (càng thấp càng tốt)

???? Amplifier (PA, LNA)

• Gain: 10–20 dB là phổ biến

• Gain phẳng trong toàn băng tần

???? 6. HMAVN – Cung cấp giải pháp đo RF & thiết bị chuyên dụng

HMAVN cung cấp trọn bộ giải pháp chuyên sâu:

• Máy phân tích mạng VNA

• Bộ combiner, coupler, attenuator

• Antenna đo 5G/WiFi

• Cáp RF chuẩn đo lường

• Bộ test jig – fixture kỹ thuật

• Dịch vụ đo kiểm & tư vấn kỹ thuật

Chúng tôi đồng hành cùng các phòng lab, doanh nghiệp sản xuất, trung tâm R&D để tối ưu quy trình đo lường và chất lượng sản phẩm RF.

???? 7. Kết luận

S21 là một trong những tham số quan trọng nhất trong đo lường RF. Nó phản ánh cách tín hiệu đi qua linh kiện và ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng truyền dẫn. Hiểu rõ S21 giúp kỹ sư thiết kế và tối ưu các sản phẩm như antenna, filter, cáp RF, module khuếch đại và hệ thống truyền dẫn tốc độ cao.

HMAVN luôn sẵn sàng hỗ trợ các giải pháp đo kiểm RF toàn diện cho doanh nghiệp và phòng lab.