伝送特性

挿入損失,反射損失

 挿入損失(insertion loss)は,挿入伝送係数\(S_I\)より,\(20 \log_{10} |S_I|\) [dB]. ネットワークアナライザによる測定では,挿入損失は\(S_{21}\)より,\(L_A=-20 \log_{10} |S_{21}|\) [dB], 反射損失(return loss)は\(S_{11}\)より,\(L_R=-20 \log_{10} |S_{11}|\) [dB]として求めることが多い.

 また,フィルタの設計においては,伝達関数\(H\)より, 損失(transducer loss)\(\alpha\) [dB]は \begin{eqnarray} \alpha &=& 10 \log_{10} \left| \frac{P_{max}}{P_2} \right| \nonumber \\ &=& 10 \log_{10} |H|^2 \nonumber \\ &=& 20 \log_{10} |H| \end{eqnarray} より評価される.

 伝達関数\(H(s)\)の偶関数\(H_e(s)\),奇関数\(H_o(s)\)は, \begin{eqnarray} H_e(s) &=& H_e(-s) \nonumber \\ &=& \Re(H(s)) \nonumber \\ &=& \frac{H(s) + H(-s)}{2} \\ H_o(s) &=& -H_o(-s) \nonumber \\ &=& \Im(H(s)) \nonumber \\ &=& \frac{H(s) - H(-s)}{2} \end{eqnarray} より, \begin{eqnarray} |H(s)|^2 &=& H(s) H^*(s) \nonumber \\ &=& H(s) H(-s) \nonumber \\ &=& \big\{ H_e(s) + H_o(s) \big\} \big\{ H_e(-s) + H_o(-s) \big\} \nonumber \\ &=& \big\{ H_e(s) + H_o(s) \big\} \big\{ H_e(s) - H_o(s) \big\} \nonumber \\ &=& H_e^2(s) - H_o^2(s) \end{eqnarray}

位相特性

 伝達関数\(H(s)\)の位相\(\theta_H\)は, \begin{eqnarray} \theta_H &=& \tan ^{-1} \frac{\Im(H(s))/j}{\Re(H(s))} \nonumber \\ &=& \tan ^{-1} \frac{H_o(s)/j}{H_e(s)} \nonumber \\ &=& \frac{1}{j} \tanh ^{-1} \frac{H_o(s)}{H_e(s)} \end{eqnarray}

群遅延特性

 群遅延(group delay)\(T_g\)は,\(s=j\omega\)より, \begin{eqnarray} T_g &=& \frac{d\theta_H}{d\omega} \nonumber \\ &=& \frac{ds}{d\omega} \frac{d\theta_H}{ds} \nonumber \\ &=& j \frac{d}{ds} \left( \frac{1}{j} \tanh ^{-1} \frac{H_o(s)}{H_e(s)} \right) \end{eqnarray} 逆双曲線関数\(y=\tanh^{-1} x\)の微分は,\(x=\tanh y\)より, \begin{eqnarray} \frac{dx}{dy} &=& \frac{1}{\cosh ^2 y} \nonumber \\ &=& \frac{\cosh ^2 y - \sinh ^2 y}{\cosh ^2 y} \nonumber \\ &=& 1-\tanh ^2 y \nonumber \\ &=& 1-x^2 \end{eqnarray} よって, \begin{eqnarray} \frac{d}{dx} \tanh ^{-1} x &=& \frac{dy}{dx} \nonumber \\ &=& \frac{1}{\frac{dx}{dy} } \nonumber \\ &=& \frac{1}{1-x^2} \end{eqnarray} これより, \begin{eqnarray} T_g &=& \frac{d}{ds} \left( \tanh ^{-1} \frac{H_o(s)}{H_e(s)} \right) \nonumber \\ &=& \frac{1}{1-\left( \frac{H_o}{H_e} \right)^2} \cdot \frac{H_o' H_e - H_o H_e'}{H_e^2} \nonumber \\ &=& \frac{H_o' H_e - H_o H_e'}{H_e^2 - H_o^2} \end{eqnarray} ここで, \begin{eqnarray} 4(H_o' H_e - H_o H_e') &=& \big\{ H(s)-H(-s) \big\}' \big\{ H(s)+H(-s) \big\} \nonumber \\ && - \big\{ H(s)-H(-s)\big\} \big\{ (H(s)+H(-s)\big\}' \nonumber \\ \hspace{20mm} &=& H'(s) H(s) - (-1)H'(-s) H(s) \end{eqnarray} ただし,\(H'(s)=\frac{dH(s)}{ds}\).また, \begin{eqnarray} 4(H_e^2 - H_o^2) &=& \big\{ H(s)-H(-s)\big\}^2- \big\{ H(s)+H(-s) \big\}^2 \nonumber \\ &=& 2 H(s) H(-s) \end{eqnarray} よって, \begin{eqnarray} T_g &=& \frac{H_o' H_e - H_o H_e'}{H_e^2 - H_o^2} \nonumber \\ &=& \frac{H'(s) H(s) + H'(-s) H(s)}{2 H(s) H(-s)} \nonumber \\ &=& \frac{1}{2} \left\{ \frac{H'(s)}{H(s)} + \frac{H'(-s)}{H(-s)} \right\} \nonumber \\ &=& \mbox{Ev} \left( \frac{H'(s)}{H(s)} \right) \end{eqnarray}