S参数的计算测量及应用和多端口网络.ppt

1、1 [S]参数的计算、测量及应用1、网络参量的相互变换关系n[Z] [Y] [A]之间的变换关系 由于表征同一个微波网络，因此它们之间可以相互转换 由 [I]=[Y][U] 且 [Z][I]=[Z][Y][U]=[U] 则 [Z][Y]=[I] 故 [Z]= 或 [Y]= [Z][Y][A]之间的互换公式如下表所示： 1[S]参数的计算、测量及应用2[S]参数的计算、测量及应用n散射参量与其它参量之间的相互转换n[S]与[Z][Y]的转换 与其它四种参量一样，散射参量用以描述网络端口之间的输入输出关系, 因此对同一双端口网络一定存在着相互转换的关系由于［S］矩阵是定义在归一化入射波电压和电流基础上, 因此与其它参量的归一化值之间转换比较容易3[S]参数的计算、测量及应用代入[b]=[s][a] 得到于是可得[S]和[Z]的相互转换公式类似可得[S]和[Y]的相互转换公式4[S]参数的计算、测量及应用n[S]与[a]的转换设 u1=a1+b1, i1=a1-b1; u2=a2+b2, i2=a2-b2则有a1+b1=a11(a2+b2)-a12(a2-b2)a1-b1=a21(a2+b2)-a22(a2-b2)整理可得于是可得5[S]参数的计算、测量及应用类似可以推得6[S]参数得计算、测量及应用2、[S]参数的测量 对于互易双端口网络, S12=S21, 故只要测量求得S11、S22及S12三个量就可以了。

设被测网络接入如下图所示系统, 终端接有负载阻抗Zl, 令终端反射系数为Γl, 则有: a2=Γlb2则得到b1=S11a1+S12Γlb2 b2=S12a1+S22Γlb2于是输入端参考面T1处的反射系数7[S]参数的计算、测量及应用［S］参数的测量8[S]参数的计算、测量及应用 令终端短路、开路和接匹配负载时, 测得的输入端反射系数分别为Γs 、Γo 、和Γm 代入上式， 并解出由此可得[S]参数，这就是三点测量法9[S]参数得计算、测量及应用 由于在微波中， 端面开路不易实现，如果在 面接匹配负载，则在 面测出如果在 面接匹配负载，则在 面测得其中， 是 面上短路时 面上的反射系数可以确定二端口网络的[S]参数，有了[S]参数，当终端接一负载时，可求出输入端反射系数，从而确定负载反射系数10[S]参数的计算、测量及应用3、网络参量的性质n可逆网络可逆网络具有互易特性，即 一般二端口网络的网络参量均有四个独立参量,但当网络具有某种特性时,网络的独立参量将会减少,下面讨论网络参量的性质11[S]参量的计算、测量及应用 根据参量的转换公式不难得到其它几种网络参量的互易特性为： 由此可见，可逆二端口网络只有三个独立分量。

n对称网络 二端口网络的对称特性指两端口电特性完全相等，因此互换网络的两个端口，网络矩阵一定保持不变，二端口网络对称条件用网络参量表示是：12[S]参量的计算、测量及应用A参数：归一化参量表示：S参数：13[S]参量的计算、测量及应用 在实际的微波器件中，许多元件在几何结构上是对称的，具有几何对称的网络都具有电对称的特性，因此电对称性常常根据几何结构的对称性来判断n无耗网络n对于二端口无耗网络而言，输入端口的功率与从端口输出的功率相等，则即14[S]参量的计算、测量及应用且则 故对于互易网络 则有对于二端口网络，由两边同时转置，则有15[S]参量的计算、测量及应用按[S]的定义，当a2=0时，二端口接匹配负载时由得到16[S]参量的计算、测量及应用其中， 是1端口的输入功率， 是1端口的反射功率， 是2端口的反射功率，则上式说明功率是守恒的 表示功率传输系数， 表示功率反射系数对互易网络 若 ＝1，则 17[S]参量的计算、测量及应用其中 ＝1表示完全传输，这说明无耗、互易二端口网络，若网络一个端口匹配时，则另一个端口也必然匹配。

对无耗、互易二端口网络表示S参量的相位关系由由得到18[S]参量的计算、测量及应用 得到 则若网络对称由上可知，散射参量一般为复数，确定二端口网络散射参量的未知量实际上是六个， ，而对于可逆无耗网络，只有三个参 量是独立的19[S]参量的计算、测量及应用4、二端口网络的组合n串联组合20[S]参量的计算、测量及应用n并联组合21[S]参量的计算、测量及应用n级联221、2 多端口网络的[S]参数 设由N个输入输出口组成的线性微波网络如图所示, 各端口的归一化入射波电压和反射波电压分别为ai, bi(i=1-N), 则有:上式简写为 [b]=[S][a] 其中： Sij=a1=a2=…=ak=…=0, (i, j=1, 2, …，N；k≠j)231、2 多端口网络的[S]参数241、2 多端口网络的[S]参数n互易性质它表示当i≠j, 除端口i外, 其余各端口参考面均接匹配负载时, 第i个端口参考面处的反射系数多端口网络［S］矩阵具有以下性质:若网络互易, 则有 Sij=Sji(i, j=1, 2, …, N, i≠j) 或写作 251、2 多端口网络的[S]参数n无耗性质若网络无耗, 则有 其中 是［S］的共轭转置矩阵。

证明：对于无耗网络, 输入的总功率应等于输出的总功率, 即有： 上式还可写作261、2 多端口网络的[S]参数则 故得到n对称性质这个性质叫做无耗网络的么正性 若网络的端口i和端口j具有面对称性, 且网络互易, 则有： Sij=Sji Sii=Sjj这些性质在微波元件分析中十分有用 27。