微波网络ST参数定义.pptx

四散射四散射参量参量 s (s Parameter)散散射射参参数数就就是是建建立立在在入入射射波波、反反射射波波关关系系基基础础上上的的网网络络参参数数，适适于于微微波波电电路路分分析析，以以器器件件端端口口的的反反射射信信号号以以及及从该端口传向另一端口的信号，来描述该网络。从该端口传向另一端口的信号，来描述该网络。同同N N端端口口网网络络的的阻阻抗抗和和导导纳纳矩矩阵阵相相比比，用用散散射射矩矩阵阵亦亦能能对对N N端端口口网网络络进进行行完完善善的的描描述述。阻阻抗抗和和导导纳纳矩矩阵阵反反映映了了端端口口的的总总电电压压和和电电流流的的关关系系，而而散散射射矩矩阵阵是是反反映映端端口口的的入入射射波波和和反射波反射波的关系。的关系。高频网络高频网络四散射四散射参量参量 s (s Parameter)散散射射参参量量有有归归一一化化和和非非归归一一化化之之分分，通通常常所所说说的的散散射射参参量量是是指指归归一一化化散散射射参参量量，用用 s 表表示示，它它给给出出的的是是各各端端口口归一化入、反射波之间的关系；归一化入、反射波之间的关系；实实际际工工作作中中最最常常用用的的散散射射参参量量是是归归一一化化散散射射参参量量。散散射射参参量量可可以以直直接接用用网网络络分分析析仪仪测测量量得得到到。只只要要知知道道网网络络的的散射参量，就可以将它变换成其它矩阵参量。散射参量，就可以将它变换成其它矩阵参量。四散射四散射参量参量 s (s Parameter)S参数的特点：参数的特点：1）引入了多端口，任意输入、输出）引入了多端口，任意输入、输出2）直接从功率出发，从波动出发）直接从功率出发，从波动出发3）采用波参数，入射和反射更加清晰）采用波参数，入射和反射更加清晰四散射四散射参量参量 s (s Parameter)1 1、入射波、入射波a a和反射波和反射波b b（入射电压波和反射电压波）（入射电压波和反射电压波）由于系统是线性的由于系统是线性的四散射四散射参量参量 s (s Parameter)由由传输线理论传输线理论已经导出已经导出 ：首先定义出入射波和散射波首先定义出入射波和散射波(a a和和b)b)。四散射四散射参量参量 s (s Parameter)入射波入射波反射波反射波 我我们们把把上上式式中中的的 称称为为归归一一化化电电压压，称称为为归归一化电流分别用一化电流分别用u u 和和i i表示。表示。则进一步写出则进一步写出 采采用用归归一一化化的的电电压压波波就就等等于于归归一一化化入入射射波波加加反反射射波波，归归一一化化的的电电流流波波等等于于归归一一化入射波减反射波化入射波减反射波对对于于微微波波网网络络来来说说，通通常常用用斜斜体体的的小小写写字字母母“i”表表示第示第 i 个端口个端口。如。如对二端口网络来说，取对二端口网络来说，取 i=1，2。“a”表表示示入入射射波波，即即进进入入网网络络的的波波；“b b”表表示示反反射射波，即波，即离开网络的波离开网络的波。图图 5-5 给出了分析二端口网络归一化散射参量的示意图给出了分析二端口网络归一化散射参量的示意图。图图 5-5二端口网络入、反射波示意图二端口网络入、反射波示意图 a a1 1b b1 1a a2 2b b2 2四散射四散射参量参量 s (s Parameter)后一项的实部显然等于后一项的实部显然等于0 0，于是可见，于是可见 网络获得功率网络获得功率关系更加清晰：关系更加清晰：P=PP=P入入-P-P反反（1 1）物理意义是功率等于入射功率减去散射功率。）物理意义是功率等于入射功率减去散射功率。四散射四散射参量参量 s (s Parameter)（2 2）入射功率）入射功率=各端口入射功率的和各端口入射功率的和Hermite Hermite 算符算符对于双端口的入射功率对于双端口的入射功率=1=1端口的入射功率端口的入射功率+2+2端口的入射功率端口的入射功率S参数定义参数定义 用散射参量表示的归一化入、反射波电压的关系为用散射参量表示的归一化入、反射波电压的关系为写成矩阵形式写成矩阵形式或简写成或简写成b=s a图图 5-5二端口网络入、反射波示意图二端口网络入、反射波示意图 a a1 1b b1 1a a2 2b b2 2归一化散射参量各参量的物理含义：归一化散射参量各参量的物理含义：端口端口(2)接匹配负载时，端口接匹配负载时，端口(1)的反射系数的反射系数端口端口(1)接匹配负载时，端口接匹配负载时，端口(2)的反射系数的反射系数 端口端口(1)接匹配负载时，端口接匹配负载时，端口(2)到端口到端口(1)的归一化传输系数的归一化传输系数 端口端口(2)接匹配负载时，端口接匹配负载时，端口(1)到端口到端口(2)的归一化传输系数的归一化传输系数一、一、S S参数的提出及应用参数的提出及应用S S参数参数(散射参数散射参数)的定义的定义 一、一、S S参数的提出及应用参数的提出及应用S S参数的物理意义参数的物理意义 采采用用适适当当的的负负载载阻阻抗抗Z ZL L=Z=Z0 0，使使2 2端端口口负负载载与与传传输输线线特特性性阻阻抗抗Z Z0 0匹匹配配，从从而测量而测量S S1111和和S S2121。回波损耗（回波损耗（dBdB）：）：正向功率增益（正向功率增益（dBdB）：）：端口匹配端口匹配端端口口接接匹匹配配负载负载概念区分概念区分b=0b=0a=0a=0a1b1a2b2aibianbn12inNetwork3N口散射口散射参量参量 s (s Parameter)或简写成或简写成b=s aS S散射参数性质散射参数性质 网络对称时网络对称时S Siiii=S=Sjjjj 网络互易时网络互易时S Sijij=S=Sjiji 网络无耗时网络无耗时S S+S S=I I 其中其中I In n阶单位矩阵阶单位矩阵 +Hermite Hermite 符符号号，表示共轭转置或转置共轭表示共轭转置或转置共轭3N口散射口散射参量参量 s (s Parameter)所谓无耗，入射功率和反射功率相等所谓无耗，入射功率和反射功率相等由由矩矩阵阵乘乘积积的的转转置置为为两两个矩阵倒置的转置个矩阵倒置的转置（1 1）（2 2）（3 3）aa的任意性的任意性3N口散射口散射参量参量 s (s Parameter)物理意义：物理意义：S Sii ii 其它端口接匹配负载，其它端口接匹配负载，i i口的反射系数口的反射系数 S Sij ij 其其它它端端口口接接匹匹配配负负载载，j j口口到到i i口口的的传传输输系数系数注注意意：每每一一端端口口的的散散射射参参量量都都是是在在其其其其他他他他端端端端口口口口接接接接匹匹匹匹配配配配负负负负载载载载的的状态下定义的。状态下定义的。因因此此，对对于于二二端端口口网网络络，当当端端口口(2)所所接接负负载载 ZL Z02 时，端口时，端口(1)的反射系数不再等于的反射系数不再等于 s11。这这种种情情况况下下，若若令令端端口口(1)的的电电压压反反射射系系数数为为 in，则则由由散射参量的定义式，可求得散射参量的定义式，可求得 in与负载反射系数与负载反射系数 L 的关系。的关系。对对于于双双口口网网络络，输输入入反反射射系系数数inin和和负负载载反反射射系数系数L L有关系有关系 4负载反射系数与输入反射系数的变换定理负载反射系数与输入反射系数的变换定理双口网络散射参数双口网络散射参数S S S S参数参数a a1 1b b1 1ininL L证明注意到证明注意到inin和和L L的不对称性的不对称性双口网络散射参数双口网络散射参数S S S S参数参数a a1 1b b1 1ininL La a2 2b b2 2且写出双口网络的且写出双口网络的S S参数参数由上式中由上式中得到得到 又从上式又从上式可知可知 短路短路匹配匹配开路开路请问此二端口网络是否互易和无耗？若在端口2短路，求端口1处的驻波比。例：测得某二端口网络的例：测得某二端口网络的S S矩阵为矩阵为 解：由于故网络互易。又由：不满足幺正性，因此网络为有耗网络。在端口2短路：GL=-1则1端口的驻波比：则1端口的回波损耗：对于一般的对于一般的S S+S S=I I具体到双口网络是具体到双口网络是具体写为具体写为双口网络的无耗约束双口网络的无耗约束双口网络的双口网络的ss参数的基本性质参数的基本性质振幅条件振幅条件相位条件相位条件S S参数的似对称和似互易特性参数的似对称和似互易特性 证明：证明：由由3 3得：得：（4 4）（4 4）代代 入入（1 1）（5 5）由由2 2得：得：（5 5）（6 6）