西电微波技术基础Ch

第18章单口元件One-PortElement完成特殊功能的网络称为元件(Element)。在习惯上，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A参数，这里将首先研究散射S参数。

西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第1页!一、S散射参数由传输线理论已经导出：直接用入射波和反射波表示，其中(18-1)(18-2)西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第2页!在本讲中，首先定义出入射波和散射波(a和b)。其中，散射波是广义的(理论上可以任意方向)反射波。

(18-3)一、S散射参数西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第3页!功率

后一项的实部显然等于0，于是可见物理意义是功率等于入射功率减去散射功率。(18-6)一、S散射参数西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第4页!图18-1散射矩阵

一、S散射参数西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第5页!2.S散射参数性质·网络对称时Sii=Sjj(18-8)·网络互易时Sij=Sji(18-9)·网络无耗时［I］－［S］+［S］=0(18-10)

其中［I］——n阶单位矩阵

一、S散射参数西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第6页!于是，把多口网络的无耗条件写成即

考虑到［a］激励的任意性，可知［I］－［S］+［S］=0

一、S散射参数西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第7页!图18-2双口网络散射参数［S］

一、S散射参数西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第8页!代入可得3.物理意义还以双口网络为例它表示端口2匹配时，端口1的反射系数。

一、S散射参数西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第9页!图18-3

双口网络的归一化［A］参数一、S散射参数西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第10页!写成矩阵形式

一、S散射参数西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第11页!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。作为网络它只须用一个反射系数ΓL来表示。

二、单口元件的一般讨论(18-14)图18-4单口元件

西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第12页!三、匹配负载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(实际上是小)反射系统。西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第13页!匹配负载可以采用S参数进行分析，实际上任何负载都可以认为是双口网络接终端——例如短路

图18-5匹配负载的S参数分析二、单口元件的一般讨论西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第14页!宽带型case1

抵消型case2

二、单口元件的一般讨论西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第15页!图18-6磁流体发电Waveguide

二、单口元件的一般讨论西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第16页!讲到这里，不禁想起一则轶事。一位年青人向Einstein自荐一项发明，有一种液体碰上什么物质都会将其腐蚀。Einstein反问这位青年：哪么，这种物质应该用什么“瓶子”来装呢?但是，科学的进展表明，这种事情是可能发生的。几千万度的磁流体－真可谓遇到什么物质都能腐蚀。但是它们可以处在磁线N，S之间，什么都不碰。事实上，电磁波在波导中是高损耗材料，可是波象一只飞翔的海燕，它对于波导是“擦翼而过”，而不会沾上海洋的水滴。二、单口元件的一般讨论西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第17页!考虑典型的平板活塞，计及宽边a的两侧是电场零点，只需考虑旁边Δ的影响。图18-8

三、短路活塞西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第18页!考虑简化情况，令l→0

三、短路活塞西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第19页!·若具体是X-band(3cm波段)，b=10mm

·驻波比随/b增加很慢，/b小10倍，只大1倍。·平板活塞很短时，即l↓，则变压器匝数n不是主要矛盾而B是。但B的对数关系决定变化很慢。

·由此可见，要求=100很难用平板活塞做到。解决的办法是扼流活塞或用滤波器设计糖葫芦短路活塞。三、短路活塞西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第20页!四、失配负载

失配负载的设计矛盾是要在宽频带条件下|L|=Constant。

［例］C波段=1.20的标准失配负图18-11

西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第21页!则方程可变为采用迭代法b=3.36mm，带宽很宽。四、失配负载西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第22页!二、已知S矩阵试求表达式PROBLEMS18西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第23页!我们把上式中的称为归一化电压，称为归一化电流分别用u

和i表示。则进一步写出(18-4)(18-5)一、S散射参数西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第24页!1.S散射矩阵定义S散射矩阵与A矩阵有两点显著不同：一是S散射矩阵适合多端口(当然也满足双端口)网络；二是，象任何多端口网络一样，它必须是对称化定义(具体是流进每个端口的均是a，流出每个端口的均是b)一、S散射参数西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第25页!(18-7)定义式(18-7)表明：S参数联系入射波和散射波，是广义的反射系数。一、S散射参数西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第26页!［］+——Hermite符号，表示共轭转置或转置共轭［］+=［*］T=(［］T)*［证明］无耗条件具体为p=0，或aa*-bb*=0

假如对于双口网络一、S散射参数西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第27页!对于双口网络，输入反射系数Гin和负载反射系数ГL有关系

［证明］注意到Гin和ГL的不对称性(18-11)一、S散射参数西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第28页!且写出双口网络的［S］参数由上式中①得到

又从上式②可知

一、S散射参数西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第29页!它表示端口1匹配时，由端口2到端口1的传输系数。

4.与［A］参数之间的关系

我们讨论归一化电流电压构成的［A］参数(18-12)一、S散射参数西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第30页!很明显，A参数是不对称定义。

一、S散射参数西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第31页!这样

(18-13)

一、S散射参数西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第32页!这里着重讨论三种：匹配负载

短路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。匹配负载——解决波反射和吸收两者之间的矛盾；短路负载——解决理想短路和活动间隙之间的矛盾；失配负载——解决宽带和反射系数变化之间的矛盾。二、单口元件的一般讨论西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第33页!功率小功率匹配负载

中功率匹配负载

大功率水负载频带宽带匹配负载

窄带匹配负载材料木材、石墨、羰基铁、吸收负载西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第34页!已经知道

终接短路ΓL=－1，且要求Γin=0(18-15)

二、单口元件的一般讨论西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第35页!不论是宽带型还是抵消型的，均存在反射S11和吸收之间的矛盾，要减少反射，必须S11↓，要增加吸收,S12S21↓，但是S12S21的减少必须会增加S11(材料特性阻抗突变)。

二、单口元件的一般讨论西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第36页!

采取的措施是外形渐变(劈形、楔形)，材料的Z0不能过大。Note：如果我们限于讨论电损耗，那么首先必须有σ才会有损耗。

σ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西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第37页!三、短路活塞短路活塞要移动，太紧的配合会使移动不方便，间隙Δ又会造成不理想短路。因此，间隙Δ和理想短路构成了设计的主要矛盾。图18-7平板活塞

西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第38页!图18-9平板活塞网络

三、短路活塞西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第39页!BVSWR2.531.272.373.313.221.612.564.395.522.763.429.38三、短路活塞西电微波技术基础Ch共44页，您现在浏览的是第40页!图18-10扼流活塞糖葫芦活塞三、短路活塞西电微波技术基础Ch共44页，您现在