Ch20-多口元件.ppt

1、第20章,多口元件,Multi - Port Element,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

2、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:,

3、(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

4、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,(20-2

5、4),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. 3 dB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3 dB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),

6、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 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，