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文檔簡介
1、6.3 三端口元件,三端口元件常用作分路元件或功率分配器/合成器。,無耗三端口網(wǎng)絡的基本性質(zhì),三端口元件是具有三個端口的接頭,可等效為三端口網(wǎng)絡,其散射矩陣為:,S,此時網(wǎng)絡矩陣:,網(wǎng)絡互易:,證明:假設三端口都匹配,則有Sii=0(i=1,2,3) 則散射矩陣為:,性質(zhì) 1,又由網(wǎng)絡互易可知:Sij=Sji,即有S12=S21、S13=S31、 S23=S32,,由相位關系,則S12、S13、S23中必有兩個同時為零,但由振幅關系,此結果不成立。,振幅關系,相位關系,不可能做到無耗、互易和完全匹配。,又假設網(wǎng)絡無耗,由幺正性:,性質(zhì)2,證明:匹配三端口網(wǎng)絡的S矩陣為:,網(wǎng)絡無耗,S具有幺正性
2、:,滿足上述方程的解為:,即 ,故器件為非互易。,則有,和,相應的兩個S矩陣為,理想環(huán)行器,源,天線,接收機,作為雙工器,性質(zhì)3,由幺正性可得:,證明:假定互易網(wǎng)絡的端口1和端口2為匹配端口,則,性質(zhì)4,1.匹配,2.互易,3.輸出端口的隔離,常用的E-T、H-T、對稱Y分支、電阻性功率分配器、威爾金森功率分配器等等。,2三端口功率分配/合成元件,需用要將功率分幾路傳送到不同的負載中,或?qū)茁饭β屎铣蔀橐宦饭β?,以獲得更大的功率。,基本要求:,損耗小,駐波比小,頻帶寬,對于無耗T形接頭,傳輸線模型如圖。,1)T形接頭,三端口網(wǎng)絡若無耗,則不可能做到所有端口同時匹配。若三個端口同時匹配,則網(wǎng)絡必
3、為有耗。,接頭處將存在與不連續(xù)性有關的邊緣場和高次模,故在接頭附近有儲能,用jB表示。,若輸入匹配,則:,若B不為零,可加入電抗調(diào)諧元件消除此電納。, 無耗,傳輸線特性阻抗為實數(shù),又有B=0,則,對于無耗T形接頭功率分配器,要求輸出功率以1:2比率分配, 。求輸出線的特性阻抗與向輸出端口看去的反射系數(shù).,例:,解:設接頭處的電壓為V0,則輸入功率為:,而輸出功率分別為,則,向150輸出線看去的阻抗為,向75輸出線看去的阻抗為,相應的反射系數(shù):,則接頭處的輸入阻抗為:,波導T形接頭,T形分支,單T。- E-T接頭和H-T接頭。,H-T接頭:分支波導的寬邊與TE10模磁場所在平面平行者稱為H-T,
4、E-T接頭:分支波導的寬邊與TE10模電場所在平面平行者稱為E-T,(1)E-T接頭,(a)當信號由口輸入時,和口都有輸出;,E,當波導中只有主模TE10模傳輸,E-T接頭(E面T形接頭)的特性:,(b)當信號由口入時,和口都有輸出;,(c)當信號由口入時,和口都有輸出且幅度相同相位相反。,(d)信號由和口同相輸入時,在口的對稱面上,電場為反相相減,端口的輸出最?。?若和口信號等幅,則口的輸出為零。,(e)當信號由和端口等幅反相輸入時,在端口的對稱面上,電場為同相相加,端口的輸出最大。,分路器:可得到大小相等,方向相反的電場,合路器:對輸入幅度相等、方向相反的電場進行合成,10,11,3,端口
5、為輸入端,為匹配狀態(tài)(S33=0),由于結構對稱,端口和的駐波相等(S11=S22),則E-T接頭的S矩陣為:,由上述E-T的特性有; 即輸出等幅反相。 由無耗網(wǎng)絡S矩陣的幺正性:,(8.3-18ac),(8.3-18df),ET的S矩陣,又由 及(8. 3-18ab) 可得,由 和(8. 3-18c),可得:,另由(8.3-18e),得:,端口輸入時,E-T的S矩陣為,故一般情況下,但由于結構對稱,一般情況下,E-T的三個端口不匹配,,同時由端口輸入時,端口和的輸出場的方向相反,故,例:,已知E-T,當由的輸入功率為25W時,和兩端口的輸出功率為多少? 如由口入,則由和口的輸出功率為多少?,
6、解: Pin=25W,a)由端口的輸入功率為:,由端口和的輸出功率分別為:,由E-T的散射矩陣可知:,b),(2) H-T接頭,主要特性:,當信號由口入時,和口都有等幅同相輸出,可用作功率分配器或功率合成器。,H-T接頭端口匹配時,和口并不匹配,駐波比等于3。,其公式與E-T類似(式中 )。,2)威爾金森功率分配器,無耗T形接頭不能做到完全匹配,威爾金森功率分配器是一種有耗三端口完全匹配的網(wǎng)絡。它可實現(xiàn)任意的功率分配比,且輸出端口之間可實現(xiàn)隔離??捎梦Ь€來實現(xiàn)。,二等分功分器的基本要求:,端口、無反射; 端口、輸出功率相等且同相;,Zin3,Zin2,則有,對于二等分功分器,如圖。,則l/4阻抗變換器的特性阻抗應為,為使、端口匹配,需加隔離電阻。隔離電阻的作用為利用有耗條件滿足完全匹配
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