會(huì)計(jì)學(xué)1Ch單口元件實(shí)用一、S散射參數(shù)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(18-1)(18-2)第1頁(yè)/共44頁(yè)在本講中，首先定義出入射波和散射波(a和b)。其中，散射波是廣義的(理論上可以任意方向)反射波。

(18-3)一、S散射參數(shù)第2頁(yè)/共44頁(yè)我們把上式中的稱為歸一化電壓，稱為歸一化電流分別用u

和i表示。則進(jìn)一步寫出(18-4)(18-5)一、S散射參數(shù)第3頁(yè)/共44頁(yè)功率

后一項(xiàng)的實(shí)部顯然等于0，于是可見物理意義是功率等于入射功率減去散射功率。(18-6)一、S散射參數(shù)第4頁(yè)/共44頁(yè)1.S散射矩陣定義S散射矩陣與A矩陣有兩點(diǎn)顯著不同：一是S散射矩陣適合多端口(當(dāng)然也滿足雙端口)網(wǎng)絡(luò)；二是，象任何多端口網(wǎng)絡(luò)一樣，它必須是對(duì)稱化定義(具體是流進(jìn)每個(gè)端口的均是a，流出每個(gè)端口的均是b)一、S散射參數(shù)第5頁(yè)/共44頁(yè)圖18-1散射矩陣

一、S散射參數(shù)第6頁(yè)/共44頁(yè)(18-7)定義式(18-7)表明：S參數(shù)聯(lián)系入射波和散射波，是廣義的反射系數(shù)。一、S散射參數(shù)第7頁(yè)/共44頁(yè)2.S散射參數(shù)性質(zhì)

·網(wǎng)絡(luò)對(duì)稱時(shí)Sii=Sjj(18-8)

·網(wǎng)絡(luò)互易時(shí)Sij=Sji(18-9)

·網(wǎng)絡(luò)無(wú)耗時(shí)［I］－［S］+［S］=0(18-10)

其中［I］——n階單位矩陣

一、S散射參數(shù)第8頁(yè)/共44頁(yè)［］+——Hermite符號(hào)，表示共軛轉(zhuǎn)置或轉(zhuǎn)置共軛［］+=［*］T=(［］T)*［證明］無(wú)耗條件具體為p=0，或aa*-bb*=0

假如對(duì)于雙口網(wǎng)絡(luò)一、S散射參數(shù)第9頁(yè)/共44頁(yè)于是，把多口網(wǎng)絡(luò)的無(wú)耗條件寫成即

考慮到［a］激勵(lì)的任意性，可知［I］－［S］+［S］=0

一、S散射參數(shù)第10頁(yè)/共44頁(yè)對(duì)于雙口網(wǎng)絡(luò)，輸入反射系數(shù)Гin和負(fù)載反射系數(shù)ГL有關(guān)系

［證明］注意到Гin和ГL的不對(duì)稱性(18-11)一、S散射參數(shù)第11頁(yè)/共44頁(yè)圖18-2雙口網(wǎng)絡(luò)散射參數(shù)［S］

一、S散射參數(shù)第12頁(yè)/共44頁(yè)且寫出雙口網(wǎng)絡(luò)的［S］參數(shù)由上式中①得到

又從上式②可知

一、S散射參數(shù)第13頁(yè)/共44頁(yè)代入可得3.物理意義還以雙口網(wǎng)絡(luò)為例它表示端口2匹配時(shí)，端口1的反射系數(shù)。

一、S散射參數(shù)第14頁(yè)/共44頁(yè)它表示端口1匹配時(shí)，由端口2到端口1的傳輸系數(shù)。

4.與［A］參數(shù)之間的關(guān)系

我們討論歸一化電流電壓構(gòu)成的［A］參數(shù)(18-12)一、S散射參數(shù)第15頁(yè)/共44頁(yè)圖18-3

雙口網(wǎng)絡(luò)的歸一化［A］參數(shù)一、S散射參數(shù)第16頁(yè)/共44頁(yè)很明顯，A參數(shù)是不對(duì)稱定義。

一、S散射參數(shù)第17頁(yè)/共44頁(yè)寫成矩陣形式

一、S散射參數(shù)第18頁(yè)/共44頁(yè)這樣

(18-13)

一、S散射參數(shù)第19頁(yè)/共44頁(yè)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(lái)應(yīng)用的。作為網(wǎng)絡(luò)它只須用一個(gè)反射系數(shù)ΓL來(lái)表示。

二、單口元件的一般討論(18-14)圖18-4單口元件

第20頁(yè)/共44頁(yè)這里著重討論三種：匹配負(fù)載

短路負(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。匹配負(fù)載——解決波反射和吸收兩者之間的矛盾；短路負(fù)載——解決理想短路和活動(dòng)間隙之間的矛盾；失配負(fù)載——解決寬帶和反射系數(shù)變化之間的矛盾。二、單口元件的一般討論第21頁(yè)/共44頁(yè)三、匹配負(fù)載稱為理想的匹配負(fù)載，其功能是吸收功率。作為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量元件性能，構(gòu)成無(wú)(實(shí)際上是小)反射系統(tǒng)。第22頁(yè)/共44頁(yè)功率小功率匹配負(fù)載

中功率匹配負(fù)載

大功率水負(fù)載頻帶寬帶匹配負(fù)載

窄帶匹配負(fù)載材料木材、石墨、羰基鐵、吸收負(fù)載第23頁(yè)/共44頁(yè)匹配負(fù)載可以采用S參數(shù)進(jìn)行分析，實(shí)際上任何負(fù)載都可以認(rèn)為是雙口網(wǎng)絡(luò)接終端——例如短路

圖18-5匹配負(fù)載的S參數(shù)分析二、單口元件的一般討論第24頁(yè)/共44頁(yè)已經(jīng)知道

終接短路ΓL=－1，且要求Γin=0(18-15)

二、單口元件的一般討論第25頁(yè)/共44頁(yè)寬帶型case1

抵消型case2

二、單口元件的一般討論第26頁(yè)/共44頁(yè)不論是寬帶型還是抵消型的，均存在反射S11和吸收之間的矛盾，要減少反射，必須S11↓，要增加吸收,S12S21↓，但是S12S21的減少必須會(huì)增加S11(材料特性阻抗突變)。

二、單口元件的一般討論第27頁(yè)/共44頁(yè)圖18-6磁流體發(fā)電Waveguide

二、單口元件的一般討論第28頁(yè)/共44頁(yè)

采取的措施是外形漸變(劈形、楔形)，材料的Z0不能過(guò)大。Note：如果我們限于討論電損耗，那么首先必須有σ才會(huì)有損耗。

σ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(wèn)題在于波入射到理想導(dǎo)體全部反射了，根本沒(méi)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第29頁(yè)/共44頁(yè)講到這里，不禁想起一則軼事。一位年青人向Einstein自薦一項(xiàng)發(fā)明，有一種液體碰上什么物質(zhì)都會(huì)將其腐蝕。Einstein反問(wèn)這位青年：哪么，這種物質(zhì)應(yīng)該用什么“瓶子”來(lái)裝呢?但是，科學(xué)的進(jìn)展表明，這種事情是可能發(fā)生的。幾千萬(wàn)度的磁流體－真可謂遇到什么物質(zhì)都能腐蝕。但是它們可以處在磁線N，S之間，什么都不碰。事實(shí)上，電磁波在波導(dǎo)中是高損耗材料，可是波象一只飛翔的海燕，它對(duì)于波導(dǎo)是“擦翼而過(guò)”，而不會(huì)沾上海洋的水滴。二、單口元件的一般討論第30頁(yè)/共44頁(yè)三、短路活塞短路活塞要移動(dòng)，太緊的配合會(huì)使移動(dòng)不方便，間隙Δ又會(huì)造成不理想短路。因此，間隙Δ和理想短路構(gòu)成了設(shè)計(jì)的主要矛盾。圖18-7平板活塞

第31頁(yè)/共44頁(yè)考慮典型的平板活塞，計(jì)及寬邊a的兩側(cè)是電場(chǎng)零點(diǎn)，只需考慮旁邊Δ的影響。圖18-8

三、短路活塞第32頁(yè)/共44頁(yè)圖18-9平板活塞網(wǎng)絡(luò)

三、短路活塞第33頁(yè)/共44頁(yè)考慮簡(jiǎn)化情況，令l→0

三、短路活塞第34頁(yè)/共44頁(yè)BVSWR2.531.272.373.313.221.612.564.395.522.763.429.38三、短路活塞第35頁(yè)/共44頁(yè)·若具體是X-band(3cm波段)，b=10mm

·駐波比隨/b增加很慢，/b小10倍，只大1倍?！て桨寤钊芏虝r(shí)，即l↓，則變壓器匝數(shù)n不是主要矛盾而B是。但B的對(duì)數(shù)關(guān)系決定變化很慢。

·由此可見，要求=100很難用平板活塞做到。解決的辦法是扼流活塞或用濾波器設(shè)計(jì)糖葫蘆短路活塞。三、短路活塞第36頁(yè)/共44頁(yè)圖18-10扼流活塞糖葫蘆活塞三、短路活塞第37頁(yè)/共44頁(yè)四、失配負(fù)載

失配負(fù)載的設(shè)計(jì)矛盾是要在寬頻帶條件下|L|=Constant。

［例］C波段=1.20的標(biāo)準(zhǔn)失配負(fù)圖18-11

第38頁(yè)/共44頁(yè)a×b=40.40×20.20mm2

0=50mm

四、失配負(fù)載第39頁(yè)/共44頁(yè)則方程可變?yōu)椴捎玫╞=3.36