Ch19 双口元件.ppt

第19章 双口元件 Two PortElement 双口元件是在微波中应用最多的一种元件 按功能分类如下图所示 与单口元件相似 双口元件一般采用网络理论进行分析 但是 在这里值得指出 元件的网络参数本身还是需要用场论方法求得 或者实际测量得到 从这个意义上讲 场论是问题的内部本质 而网络则是问题的外部特性 一 双口网络的S参数 已经知道 双口网络可以用S参数加以表示 图19 2双口网络的S参数 19 1 双口网络的无耗约束 对于一般的 S S I 具体到双口网络是 展开可得 具体写为 19 2 19 3 上式中第一个称为振幅条件 第二个称为相位条件 双口网络的无耗约束 例1 特性阻抗阶跃 如图所示 如果忽略其不连续电纳jB 则构成反对称网络 即 S22 S11 图19 3反对称网络 解 根据S参数的定义可知 双口网络的无耗约束 很明显有S22 S11 但 S11 S22 例2 无耗网络匹配定理 定理 L 1 采用无耗网络 S 予以匹配 其条件是 双口网络的无耗约束 双口网络的无耗约束 简单演算可知 匹配条件是 更简洁的形式为 特别应该提及 无耗网络匹配定理不单纯是理论问题 而且已经应用到实际中 我们要做的一个微波实验即采用单螺钉调配器匹配 L 其中 单螺钉可调深度 即变化 S22 也可调左右位置 即变化 19 4 双口网络的无耗约束 测出 S11 L 接匹配负载时 调螺钉 使 S11 L 接待匹配 L 左右移动螺钉使 in 0 双口网络的无耗约束 为了加深印象 进一步讨论共轭匹配的物理意义 首先要看到 所谓匹配仅仅是网络前端无反射波 事实上 失配负载PL始终是有反射的 因此问题的核心是要把反射的功率 再次 喂给 负载 恰如给婴孩喂食 振幅要恰当 S22 L 时间要恰当 即相位 22 L 才能使它 吃完 图19 5多次提供负载的图象 方向变换元件包括连接元件 拐角 扭波导 一般情况见图所示 二 方向变换元件 图19 6方向变换元件 二 方向变换元件 例3 直角拐角的网络分析 图19 7典型数据 解 任何微波元件的网络参数都有参考面 即它对参考面等效 元件的网络参数是利用场论的方法获得的 二 方向变换元件 二 方向变换元件 据分析 直角拐角的反射系数 对应驻波比 2 618 三 信号变换元件 信号变换元件的种类最多 我们将选典型的给以讨论1 膜片膜片可分成感性膜片 容性膜片和谐振窗 容性膜片一压缩电场 感性膜片一压缩磁性 谐振窗 三 信号变换元件 根据要求 容性膜片区域把电场压缩而使 感性膜片区域把磁场压缩使 它们都可成为匹配元件 谐振窗可以看作是感性膜片和容性膜片的结合 构成无反射元件 窗的特性阻抗等于波导主模的特性阻抗 它在概念上有力地说明 有障碍未必有反射 由特性阻抗定义 三 信号变换元件 也即 这里把a 和b 看作动点 即令 可得 19 5 谐振窗轨迹是双曲线方程 例4 在平板波导中 采用保角变换法给出容性膜片的电容C和归一化电纳 三 信号变换元件 图19 9容性膜片 19 6 三 信号变换元件 实际上 它是由下述两个多角形变换构成 因此 可消去z1直接得到z与z2的变换关系 注意到z2平面已成均匀场 求出变换系数K 19 7 三 信号变换元件 很易求出 19 8 考察y 和y2 时均匀场 由于z平面的电力线弯曲有 这一块 正是膜片的电容 一半 考虑无究条件 19 9 三 信号变换元件 图19 10Schwarz Christoffel变换 略去和项 两边取对数 19 10 计及式 19 9 条件 得到 19 11 考虑双边影响后的电容 19 12 三 信号变换元件 上述结果是平板波导 如要把结果用到矩形波导中去 则归一化电纳为 最后得到 19 13 三 信号变换元件 2 相移器和衰减器相移器和衰减器是最基本的两种元件 它们可以起调节相移和衰减的作用 三 信号变换元件 三 信号变换元件 图19 11极化衰减器 特别要提及的是圆波导 采用H11模 极化衰减器 它利用高损耗材料的吸收片 将其中一种极化吸收掉 如图所示 它专门吸收u向极化波 图19 12极化衰减器分析框图 因此全部变换可写成 三 信号变换元件 我们可以用网络给出完整的分析 输入v输出都是y向极化 也即 具体问题中Exin 0 则有 三 信号变换元件 三 信号变换元件 一般做到e al 0 这时衰减 19 15 这是极化衰减器的最基本的公式 y模式 u模式 v模式 当 90 时理论衰减为 实际上只需计及 19 14 式可知 三 信号变换元件 maxL 8 686al 50dB 19 16 极化衰减器的最大优点是与频率无关 所以它是宽带器件 3 铁氧体隔离器铁氧体隔离器也称单向器 三 信号变换元件 注意 这是一种非互易网络S12 S21 一般正向衰减 0 5dB 反向衰减 20dB 四 波型变换元件 典型的是同轴 波导转换 为了提高转换效率 可调节探针深度和短路活塞位置 图19 13同轴 波导转换 附录 APPENDIX SCHWARZ CHRISTOFFEL变换 z plane w plane