Ch20-多口元件.ppt

1、第20章,多口元件,Multi - Port Element,多口網(wǎng)絡(luò)在微波工程中承擔分路(功率分配)、和差、環(huán)行、耦合等等重要功能。,一、三口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì),1. 無耗互易網(wǎng)絡(luò)的么正性, S + S = I ,具體應(yīng)用互易條件有,(20-1),將上述矩陣展開后可分別得到兩組方程，我們稱之為振幅條件和相位條件,(20-2),(20-3),性質(zhì)無耗互易三端口網(wǎng)絡(luò)不可能同時匹配，即,S11=S22=S33=0,一、三口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì),一、三口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì),證明采用反證法：假定S11=S22=S33=0,可知,圖 20-1 多端口元件功能,一、三口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì),于是在S12，S13，S23至少有

2、兩個為0，但這與式(20-2)的振幅條件相悖，得證。,作為例子，有,(20-4),一、三口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì),2. 無耗非互易三口網(wǎng)絡(luò) 性質(zhì)無耗非互易三口網(wǎng)絡(luò)的三個端口可以完全匹配。,二、三口元件,1. E面T和H面T分路元件,二、三口元件,2. 鐵氧體環(huán)行器環(huán)行元件,理想s矩陣,例1 理想環(huán)行器端口接匹配負載 ，即可構(gòu)成二端口隔離器。,二、三口元件,解 由S參數(shù)定義寫出,而 ，計及這一條件即可導(dǎo)得 寫出雙口網(wǎng)絡(luò)的S矩陣,(20-5),只要L很小，即可得到典型的隔離器。,三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì),1. 定向耦合網(wǎng)絡(luò) 定向耦合網(wǎng)絡(luò)是一種常用的四端口網(wǎng)絡(luò)，它一般規(guī)定,是無耗互易網(wǎng)絡(luò),每對端口相互隔離:,

3、(20-6),其中一對匹配:,(20-7),符合上述條件的即可稱為定向耦合器，其S矩陣是,三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì),圖 20-3 定向耦合器,根據(jù)么正性又寫出,三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì),(20-9),要滿足上式當且僅當,|S33|=|S44|=0,(20-10),(20-11),三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì),從相位關(guān)系得到的方程是,(20-12),若選擇適當?shù)膮⒖济媸?S13=S24=a,(20-13),是實數(shù)，則,(20-14),三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì),而從上面方程能給出,這樣S矩陣是,也就是說，理想的定向耦合器，主路和副路相位差90，也稱為90定向耦合器。,三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì),2. 對稱定向耦合

4、器網(wǎng)絡(luò) 我們研究一種四端全對稱的定向耦合器網(wǎng)絡(luò)，有條件,(20-17),于是，散射矩陣成為,(20-18),三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì),且由無耗的么正性條件寫出,(20-19),把方程(20-19)重新排列,三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì),進一步可簡化為,現(xiàn)在我們討論一種比較接近實際的情況，即端口和端口理想隔離,S120,(20-20),則可得到,(20-21),三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì),對于實際的定向耦合器，S13=0和S14=0是我們所不希望的，將它們排除在討論之外，那么，要滿足式(20-21)當且僅當,S11=0,(20-22),且方程(20-21)進一步簡化為,(20-23),由此可得到,(20-2

5、4),三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì),或者說,(20-25),從對稱定向耦合器中我們可以得到十分重要的性質(zhì)： 定向耦合器的端對隔離和端口固有反射密切相關(guān)； 定向耦合器的主副路相差也和端對隔離密切相關(guān)； 因此，在工程中常常采用考察輸入反射和路間相 差來別斷這類定向耦合的質(zhì)量優(yōu)劣。,3. 3 dB橋網(wǎng)絡(luò) 我們把主副路功率相等的稱之為3dB網(wǎng)絡(luò)，重新寫出,三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì),也即,(20-26),對于理想的3 dB橋,(20-27),代入上式可知,|S11|S12|,(20-28),另一方面，由,又可得到,三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì),(20-29),(20-30),考慮最壞可能性，即1=2,(20-31),

6、其中，I是隔離度，定義為 ，式(20-31)可由相差確定隔度離。,三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì),圖 20-4 隔離度I與相差關(guān)系,四、定向耦合器,1. 典型的定向耦合器是四口網(wǎng)絡(luò)，-是主波導(dǎo)，-是副波導(dǎo)，主副波導(dǎo)之,圖 20-5 孔陣定向耦合器,間采用孔耦合。 2. 孔陣定向耦合器 為了加強定向性和耦合度，一般均采用多孔排陣,四、定向耦合器,波導(dǎo)定向耦合器,(1)耦合度 (2)定向性 一般耦合度 20 dB, 10 dB, 6 dB, 3 dB 一般定向性 3040 dB 愈大愈好。,四、定向耦合器,若N個孔完全相同,(20-32),(20-33),于是耦合度,(20-34),四、定向耦合器,其中，CS 是單孔耦合度。 定向性,其中DS表示單孔定向性，后項表示陣列定向性，只要取在合適的范圍，