单口元件.ppt

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 * * 第18章 单口元件 One - Port Element 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。 ? 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) 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 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 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 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 图 18-1 散射矩阵 一、S散射参数 (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 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 ［ ］+——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 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 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 图 18-2 双口网络散射参数［S］ 一、S散射参数 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 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 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 图 18-3 双口网络的归一化［A］参数 一、S散射参数 很明显，A参数是不对称定义。 一、S散射参数 写成矩阵形式 一、S散射参数 这样 (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 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 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。 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