微波技术基础第二部分 金属波导Ch18单口元件ppt课件

1、第18章单口元件 One - Port Element 完成特殊功能的网络称为元件完成特殊功能的网络称为元件(Element)(Element)。在。在习惯上，我们常常采用网络理论来分析元件。在传习惯上，我们常常采用网络理论来分析元件。在传输线理论中，已经介绍过传输输线理论中，已经介绍过传输A A参数，这里将首先参数，这里将首先研究散射研究散射S S参数。参数。 一、S散射参数 由传输线理论已经导出由传输线理论已经导出 ：直接用入射波和反射波表示，其中直接用入射波和反射波表示，其中 (18-1)(18-1)UU eU eIZU eU ezzzz10()UUIZeUUIZezz121200()(

2、)(18-2)(18-2) 在本讲中，首先定义出入射波和散射波在本讲中，首先定义出入射波和散射波(a(a和和b)b)。其中，散射波是广义的其中，散射波是广义的( (理论上可以任意方向理论上可以任意方向) )反射反射波。波。 aU eZUZIZaU eZUZIZzz0000001212(18-3)(18-3)一、S散射参数 我们把上式中的我们把上式中的 称为归一化电压，称为归一化电压， 称为称为归一化电流分别用归一化电流分别用u u 和和i i表示。表示。则进一步写出则进一步写出 UZ0IZ0uUZiIZ00 (18-4)(18-4)uabiab(18-5)(18-5)一、S散射参数 功率功率

3、后一项的实部显然等于后一项的实部显然等于0 0，于是可见，于是可见 物理意义是功率等于入射功率减去散射功率。物理意义是功率等于入射功率减去散射功率。 puiab ab1212Re()Re()()*1212()Re()*aabba babpaabb12()*(18-6)(18-6)一、S散射参数 1. S 1. S 散射矩阵定义散射矩阵定义 S S散射矩阵与散射矩阵与A A矩阵有两点显著不同：一是矩阵有两点显著不同：一是S S散射散射矩阵适合多端口矩阵适合多端口( (当然也满足双端口当然也满足双端口) )网络；二是，网络；二是，象任何多端口网络一样，它必须是对称化定义象任何多端口网络一样，它必须

4、是对称化定义( (具体具体是流进每个端口的均是是流进每个端口的均是a a，流出每个端口的均是，流出每个端口的均是b)b)一、S散射参数 a1b1a2b2aibianbn12inNetwork图图 18-1 18-1 散射矩阵散射矩阵 一、S散射参数 bbbSSSSSSSSSaaannnnnnnn1211121212221212 (18-7)(18-7) 定义式定义式(18-7)(18-7)阐明：阐明：S S参数联系入射波和散参数联系入射波和散射波，是广义的反射系数。射波，是广义的反射系数。一、S散射参数 2. S2. S散射参数性质散射参数性质 网络对称时网络对称时Sii=Sjj (18-8)

5、Sii=Sjj (18-8) 网络互易时网络互易时Sij=Sji (18-9)Sij=Sji (18-9) 网络无耗时网络无耗时I IS S+ +S S=0 (18-10)=0 (18-10) 其中其中I Inn阶单位矩阵阶单位矩阵 I 10101一、S散射参数 +Hermite +Hermite 符号，表示共轭转置或转符号，表示共轭转置或转置共轭置共轭 +=+= * *T=(T=( T)T)* *证明无耗条件具体为证明无耗条件具体为p=0p=0， 或或 aa aa* *-bb-bb* *=0=0 假如对于双口网络假如对于双口网络 a aa aaaaaaa11221212*,一、S散射参数 于

6、是，把多口网络的无耗条件写成于是，把多口网络的无耗条件写成即即 考虑到考虑到a a激励的任意性，可知激励的任意性，可知 aabbaabSS a00 aISSa 0I IS S+ +S S=0 =0 一、S散射参数 对于双口网络，输入反射系数对于双口网络，输入反射系数inin和负载反射和负载反射系数系数LL有关系有关系 证明注意到证明注意到inin和和LL的不对称性的不对称性inLLSS SS111221221(18-11)(18-11)inLbaab1122, 一、S散射参数 a1b1Networkin图图 18-2 18-2 双口网络散射参数双口网络散射参数S S 一、S散射参数 且写出双口

7、网络的且写出双口网络的S S参数参数由上式中得到由上式中得到 又从上式可知又从上式可知 bS aS abS aS a11111222211222 inbaSSaa11111221SaaSbaL211222221一、S散射参数 代入可得代入可得3. 3. 物理意义物理意义 还以双口网络为例还以双口网络为例 它表示端口它表示端口2 2匹配时，端口匹配时，端口1 1的反射系数。的反射系数。 inLLSS SS111221221Sbaa111102一、S散射参数 Sbaa121201它表示端口它表示端口1 1匹配时，由端口匹配时，由端口2 2到端口到端口1 1的传输系数。的传输系数。 4. 4. 与与

8、A A参数之间的关系参数之间的关系 我们讨论归一化电流电压构成的我们讨论归一化电流电压构成的A A参数参数 uA uA iiA uA i111212 2121222 2(18-12)(18-12)一、S散射参数 i1i2Networku1u2图图 18-3 18-3 双口网络的归一化双口网络的归一化A A参数参数一、S散射参数 很明显，很明显，A A参数是不对称定义。参数是不对称定义。 uabuabiabiababAabAababAabAabbAAbaAAabAA1112221112221111221222112122222211112211112212122 ()()()()()()()()

9、baAAa2111122 ()一、S散射参数 写成矩阵形式写成矩阵形式 111111122122121112212212()()AAAAbbAAAAaabbAAAAAAAAaaAAAAAAAAAAAAaa12111221221111221221211122122212211121112212212111111111 ()()()一、S散射参数 这样这样 SAAAAAAAAAAAAA122111221221112122222122111det (18-13) (18-13) 一、S散射参数 所谓单口元件，也就是向外只有一个端口，它是所谓单口元件，也就是向外只有一个端口，它是作为负载来应用的。作为

10、网络它只须用一个反射系作为负载来应用的。作为网络它只须用一个反射系数数L来表示来表示 。 二、单口元件的一般讨论 (18-14)(18-14)Labab 单 口 元 件L图图 18-4 单口元件单口元件 这里着重讨论三种：匹配负载这里着重讨论三种：匹配负载 短路负载短路负载 失配负载失配负载 这三种单口元件所要解决的主要矛盾各不相同。这三种单口元件所要解决的主要矛盾各不相同。 匹配负载匹配负载解决波反射和吸收两者之间的矛盾；解决波反射和吸收两者之间的矛盾； 短路负载短路负载解决理想短路和活动间隙之间的矛盾；解决理想短路和活动间隙之间的矛盾； 失配负载失配负载解决宽带和反射系数变化之间的矛盾。解

11、决宽带和反射系数变化之间的矛盾。 L 0Lje|.L1 Constant二、单口元件的一般讨论 三、匹配负载 L 称为理想的匹配负载，其功能是吸收功率。称为理想的匹配负载，其功能是吸收功率。作为标准测量元件性能，构成无作为标准测量元件性能，构成无(实际上是小实际上是小)反反射系统。射系统。 功功率率小功率匹配负载小功率匹配负载 中功率匹配负载中功率匹配负载 大功率水负载大功率水负载频频带带宽带匹配负载宽带匹配负载 窄带匹配负载窄带匹配负载材材料料木材、石墨、羰基铁、吸收负载木材、石墨、羰基铁、吸收负载inL二、单口元件的一般讨论 inLLSS SS111221221inSS SS1112212

12、21二、单口元件的一般讨论 SS SS11122122010, SS SS111221221二、单口元件的一般讨论 S SS1221221二、单口元件的一般讨论 二、单口元件的一般讨论 成份愈大则损耗愈大，从这个意义上，理想导体损耗最大。但是，问题在于波入射到理想导体全部反射了，根本没有进去。这正体现了反射和损耗之间的矛盾。二、单口元件的一般讨论 二、单口元件的一般讨论 三、短路活塞e 吸收物质b1:njBBbgb24lg三、短路活塞jB三、短路活塞YjBZYjBZZBBBBBBBbgbginininininininin 11111141144214222 |,平板活塞性能取三、短路活塞/ blnb442 B150110011000三、短路活塞b110001, 丝三、短路活塞lg 短 路 开 路三、短路活塞四、失配负载bbjB0jB