第6.3章三端口元件.ppt

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