微波技術(shù)基礎(chǔ)第二部分 金屬波導(dǎo)Ch18單口元件ppt課件

1、第18章單口元件 One - Port Element 完成特殊功能的網(wǎng)絡(luò)稱為元件完成特殊功能的網(wǎng)絡(luò)稱為元件(Element)(Element)。在。在習(xí)慣上，我們常常采用網(wǎng)絡(luò)理論來分析元件。在傳習(xí)慣上，我們常常采用網(wǎng)絡(luò)理論來分析元件。在傳輸線理論中，已經(jīng)介紹過傳輸輸線理論中，已經(jīng)介紹過傳輸A A參數(shù)，這里將首先參數(shù)，這里將首先研究散射研究散射S S參數(shù)。參數(shù)。 一、S散射參數(shù) 由傳輸線理論已經(jīng)導(dǎo)出由傳輸線理論已經(jīng)導(dǎo)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) 在本講中，首先定義出入射波和散射波在本講中，首先定義出入射波和散射波(a(a和和b)b)。其中，散射波是廣義的其中，散射波是廣義的( (理論上可以任意方向理論上可以任意方向) )反射反射波。波。 aU eZUZIZaU eZUZIZzz0000001212(18-3)(18-3)一、S散射參數(shù) 我們把上式中的我們把上式中的 稱為歸一化電壓，稱為歸一化電壓， 稱為稱為歸一化電流分別用歸一化電流分別用u u 和和i i表示。表示。則進(jìn)一步寫出則進(jìn)一步寫出 UZ0IZ0uUZiIZ00 (18-4)(18-4)uabiab(18-5)(18-5)一、S散射參數(shù) 功率功率

3、后一項(xiàng)的實(shí)部顯然等于后一項(xiàng)的實(shí)部顯然等于0 0，于是可見，于是可見 物理意義是功率等于入射功率減去散射功率。物理意義是功率等于入射功率減去散射功率。 puiab ab1212Re()Re()()*1212()Re()*aabba babpaabb12()*(18-6)(18-6)一、S散射參數(shù) 1. S 1. S 散射矩陣定義散射矩陣定義 S S散射矩陣與散射矩陣與A A矩陣有兩點(diǎn)顯著不同：一是矩陣有兩點(diǎn)顯著不同：一是S S散射散射矩陣適合多端口矩陣適合多端口( (當(dāng)然也滿足雙端口當(dāng)然也滿足雙端口) )網(wǎng)絡(luò)；二是，網(wǎng)絡(luò)；二是，象任何多端口網(wǎng)絡(luò)一樣，它必須是對稱化定義象任何多端口網(wǎng)絡(luò)一樣，它必須

4、是對稱化定義( (具體具體是流進(jìn)每個(gè)端口的均是是流進(jìn)每個(gè)端口的均是a a，流出每個(gè)端口的均是，流出每個(gè)端口的均是b)b)一、S散射參數(shù) a1b1a2b2aibianbn12inNetwork圖圖 18-1 18-1 散射矩陣散射矩陣 一、S散射參數(shù) bbbSSSSSSSSSaaannnnnnnn1211121212221212 (18-7)(18-7) 定義式定義式(18-7)(18-7)闡明：闡明：S S參數(shù)聯(lián)系入射波和散參數(shù)聯(lián)系入射波和散射波，是廣義的反射系數(shù)。射波，是廣義的反射系數(shù)。一、S散射參數(shù) 2. S2. S散射參數(shù)性質(zhì)散射參數(shù)性質(zhì) 網(wǎng)絡(luò)對稱時(shí)網(wǎng)絡(luò)對稱時(shí)Sii=Sjj (18-8)

5、Sii=Sjj (18-8) 網(wǎng)絡(luò)互易時(shí)網(wǎng)絡(luò)互易時(shí)Sij=Sji (18-9)Sij=Sji (18-9) 網(wǎng)絡(luò)無耗時(shí)網(wǎng)絡(luò)無耗時(shí)I IS S+ +S S=0 (18-10)=0 (18-10) 其中其中I Inn階單位矩陣階單位矩陣 I 10101一、S散射參數(shù) +Hermite +Hermite 符號，表示共軛轉(zhuǎn)置或轉(zhuǎn)符號，表示共軛轉(zhuǎn)置或轉(zhuǎn)置共軛置共軛 +=+= * *T=(T=( T)T)* *證明無耗條件具體為證明無耗條件具體為p=0p=0， 或或 aa aa* *-bb-bb* *=0=0 假如對于雙口網(wǎng)絡(luò)假如對于雙口網(wǎng)絡(luò) a aa aaaaaaa11221212*,一、S散射參數(shù) 于

6、是，把多口網(wǎng)絡(luò)的無耗條件寫成于是，把多口網(wǎng)絡(luò)的無耗條件寫成即即 考慮到考慮到a a激勵(lì)的任意性，可知激勵(lì)的任意性，可知 aabbaabSS a00 aISSa 0I IS S+ +S S=0 =0 一、S散射參數(shù) 對于雙口網(wǎng)絡(luò)，輸入反射系數(shù)對于雙口網(wǎng)絡(luò)，輸入反射系數(shù)inin和負(fù)載反射和負(fù)載反射系數(shù)系數(shù)LL有關(guān)系有關(guān)系 證明注意到證明注意到inin和和LL的不對稱性的不對稱性inLLSS SS111221221(18-11)(18-11)inLbaab1122, 一、S散射參數(shù) a1b1Networkin圖圖 18-2 18-2 雙口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)雙口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)S S 一、S散射參數(shù) 且寫出雙口

7、網(wǎng)絡(luò)的且寫出雙口網(wǎng)絡(luò)的S S參數(shù)參數(shù)由上式中得到由上式中得到 又從上式可知又從上式可知 bS aS abS aS a11111222211222 inbaSSaa11111221SaaSbaL211222221一、S散射參數(shù) 代入可得代入可得3. 3. 物理意義物理意義 還以雙口網(wǎng)絡(luò)為例還以雙口網(wǎng)絡(luò)為例 它表示端口它表示端口2 2匹配時(shí)，端口匹配時(shí)，端口1 1的反射系數(shù)。的反射系數(shù)。 inLLSS SS111221221Sbaa111102一、S散射參數(shù) Sbaa121201它表示端口它表示端口1 1匹配時(shí)，由端口匹配時(shí)，由端口2 2到端口到端口1 1的傳輸系數(shù)。的傳輸系數(shù)。 4. 4. 與與

8、A A參數(shù)之間的關(guān)系參數(shù)之間的關(guān)系 我們討論歸一化電流電壓構(gòu)成的我們討論歸一化電流電壓構(gòu)成的A A參數(shù)參數(shù) uA uA iiA uA i111212 2121222 2(18-12)(18-12)一、S散射參數(shù) i1i2Networku1u2圖圖 18-3 18-3 雙口網(wǎng)絡(luò)的歸一化雙口網(wǎng)絡(luò)的歸一化A A參數(shù)參數(shù)一、S散射參數(shù) 很明顯，很明顯，A A參數(shù)是不對稱定義。參數(shù)是不對稱定義。 uabuabiabiababAabAababAabAabbAAbaAAabAA1112221112221111221222112122222211112211112212122 ()()()()()()()()

9、baAAa2111122 ()一、S散射參數(shù) 寫成矩陣形式寫成矩陣形式 111111122122121112212212()()AAAAbbAAAAaabbAAAAAAAAaaAAAAAAAAAAAAaa12111221221111221221211122122212211121112212212111111111 ()()()一、S散射參數(shù) 這樣這樣 SAAAAAAAAAAAAA122111221221112122222122111det (18-13) (18-13) 一、S散射參數(shù) 所謂單口元件，也就是向外只有一個(gè)端口，它是所謂單口元件，也就是向外只有一個(gè)端口，它是作為負(fù)載來應(yīng)用的。作為

10、網(wǎng)絡(luò)它只須用一個(gè)反射系作為負(fù)載來應(yīng)用的。作為網(wǎng)絡(luò)它只須用一個(gè)反射系數(shù)數(shù)L來表示來表示 。 二、單口元件的一般討論 (18-14)(18-14)Labab 單 口 元 件L圖圖 18-4 單口元件單口元件 這里著重討論三種：匹配負(fù)載這里著重討論三種：匹配負(fù)載 短路負(fù)載短路負(fù)載 失配負(fù)載失配負(fù)載 這三種單口元件所要解決的主要矛盾各不相同。這三種單口元件所要解決的主要矛盾各不相同。 匹配負(fù)載匹配負(fù)載解決波反射和吸收兩者之間的矛盾；解決波反射和吸收兩者之間的矛盾； 短路負(fù)載短路負(fù)載解決理想短路和活動(dòng)間隙之間的矛盾；解決理想短路和活動(dòng)間隙之間的矛盾； 失配負(fù)載失配負(fù)載解決寬帶和反射系數(shù)變化之間的矛盾。解

11、決寬帶和反射系數(shù)變化之間的矛盾。 L 0Lje|.L1 Constant二、單口元件的一般討論 三、匹配負(fù)載 L 稱為理想的匹配負(fù)載，其功能是吸收功率。稱為理想的匹配負(fù)載，其功能是吸收功率。作為標(biāo)準(zhǔn)測量元件性能，構(gòu)成無作為標(biāo)準(zhǔn)測量元件性能，構(gòu)成無(實(shí)際上是小實(shí)際上是小)反反射系統(tǒng)。射系統(tǒng)。 功功率率小功率匹配負(fù)載小功率匹配負(fù)載 中功率匹配負(fù)載中功率匹配負(fù)載 大功率水負(fù)載大功率水負(fù)載頻頻帶帶寬帶匹配負(fù)載寬帶匹配負(fù)載 窄帶匹配負(fù)載窄帶匹配負(fù)載材材料料木材、石墨、羰基鐵、吸收負(fù)載木材、石墨、羰基鐵、吸收負(fù)載inL二、單口元件的一般討論 inLLSS SS111221221inSS SS1112212

12、21二、單口元件的一般討論 SS SS11122122010, SS SS111221221二、單口元件的一般討論 S SS1221221二、單口元件的一般討論 二、單口元件的一般討論 成份愈大則損耗愈大，從這個(gè)意義上，理想導(dǎo)體損耗最大。但是，問題在于波入射到理想導(dǎo)體全部反射了，根本沒有進(jìn)去。這正體現(xiàn)了反射和損耗之間的矛盾。二、單口元件的一般討論 二、單口元件的一般討論 三、短路活塞e 吸收物質(zhì)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, 絲三、短路活塞lg 短 路 開 路三、短路活塞四、失配負(fù)載bbjB0jB