西电微波技术基础Ch20

第20章,多口元件,Multi-PortElement,多口网络在微波工程中承担分路(功率分配)、和差、环行、耦合等等重要功能。,一、三口网络的一般性质,1.无耗互易网络的么正性,S+S=I,具体应用互易条件有,(20-1),将上述矩阵展开后可分别得到两组方程，我们称之为振幅条件和相位条件,(20-2),(20-3),性质无耗互易三端口网络不可能同时匹配，即,S11=S22=S33=0,一、三口网络的一般性质,一、三口网络的一般性质,证明采用反证法：假定S11=S22=S33=0,可知,图20-1多端口元件功能,一、三口网络的一般性质,于是在S12，S13，S23至少有两个为0，但这与式(20-2)的振幅条件相悖，得证。,作为例子，有,(20-4),一、三口网络的一般性质,2.无耗非互易三口网络性质无耗非互易三口网络的三个端口可以完全匹配。,二、三口元件,1.E面T和H面T分路元件,二、三口元件,2.铁氧体环行器环行元件,理想s矩阵,例1理想环行器端口接匹配负载，即可构成二端口隔离器。,二、三口元件,解由S参数定义写出,而，计及这一条件即可导得写出双口网络的S矩阵,(20-5),只要L很小，即可得到典型的隔离器。,三、四口网络的一般性质,1.定向耦合网络定向耦合网络是一种常用的四端口网络，它一般规定,是无耗互易网络,每对端口相互隔离:,(20-6),其中一对匹配:,(20-7),符合上述条件的即可称为定向耦合器，其S矩阵是,三、四口网络的一般性质,图20-3定向耦合器,根据么正性又写出,三、四口网络的一般性质,(20-9),要满足上式当且仅当,|S33|=|S44|=0,(20-10),(20-11),三、四口网络的一般性质,从相位关系得到的方程是,(20-12),若选择适当的参考面使,S13=S24=a,(20-13),是实数，则,(20-14),三、四口网络的一般性质,而从上面方程能给出,这样S矩阵是,也就是说，理想的定向耦合器，主路和副路相位差90，也称为90定向耦合器。,三、四口网络的一般性质,2.对称定向耦合器网络我们研究一种四端全对称的定向耦合器网络，有条件,(20-17),于是，散射矩阵成为,(20-18),三、四口网络的一般性质,且由无耗的么正性条件写出,(20-19),把方程(20-19)重新排列,三、四口网络的一般性质,进一步可简化为,现在我们讨论一种比较接近实际的情况，即端口和端口理想隔离,S120,(20-20),则可得到,(20-21),三、四口网络的一般性质,对于实际的定向耦合器，S13=0和S14=0是我们所不希望的，将它们排除在讨论之外，那么，要满足式(20-21)当且仅当,S11=0,(20-22),且方程(20-21)进一步简化为,(20-23),由此可得到,(20-24),三、四口网络的一般性质,或者说,(20-25),从对称定向耦合器中我们可以得到十分重要的性质：定向耦合器的端对隔离和端口固有反射密切相关；定向耦合器的主副路相差也和端对隔离密切相关；因此，在工程中常常采用考察输入反射和路间相差来别断这类定向耦合的质量优劣。,3.3dB桥网络我们把主副路功率相等的称之为3dB网络，重新写出,三、四口网络的一般性质,也即,(20-26),对于理想的3dB桥,(20-27),代入上式可知,|S11|S12|,(20-28),另一方面，由,又可得到,三、四口网络的一般性质,(20-29),(20-30),考虑最坏可能性，即1=2,(20-31),其中，I是隔离度，定义为，式(20-31)可由相差确定隔度离。,三、四口网络的一般性质,图20-4隔离度I与相差关系,四、定向耦合器,1.典型的定向耦合器是四口网络，-是主波导，-是副波导，主副波导之,图20-5孔阵定向耦合器,间采用孔耦合。2.孔阵定向耦合器为了加强定向性和耦合度，一般均采用多孔排阵,四、定向耦合器,波导定向耦合器,(1)耦合度(2)定向性一般耦合度20dB,10dB,6dB,3dB一般定向性3040dB愈大愈好。,四、定向耦合器,若N个孔完全相同,(20-32),(20-33),于是耦合度,(20-34),四、定向耦合器,其中，CS是单孔耦合度。定向性,其中DS表示单孔定向性，后项表示阵列定向性，只要取在合适的范围，