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。,无耗三端口网络的基本性质,三端口元件是具有三个端口的接头，可等效为三端口网络，其散射矩阵为：,S,此时网络矩阵：,网络互易：,证明：假设三端口都匹配，则有Sii=0（i=1,2,3） 则散射矩阵为：,性质 1,又由网络互易可知：Sij=Sji，即有S12=S21、S13=S31、 S23=S32，,由相位关系，则S12、S13、S23中必有两个同时为零，但由振幅关系，此结果不成立。,振幅关系,相位关系,不可能做到无耗、互易和完全匹配。,又假设网络无耗，由幺正性：,性质2,证明：匹配三端口网络的S矩阵为：,网络无耗，S具有幺正性

2、：,满足上述方程的解为：,即 ，故器件为非互易。,则有,和,相应的两个S矩阵为,理想环行器,源,天线,接收机,作为双工器,性质3,由幺正性可得：,证明：假定互易网络的端口1和端口2为匹配端口,则,性质4,1.匹配,2.互易,3.输出端口的隔离,常用的E-T、H-T、对称Y分支、电阻性功率分配器、威尔金森功率分配器等等。,2三端口功率分配/合成元件,需用要将功率分几路传送到不同的负载中，或将几路功率合成为一路功率，以获得更大的功率。,基本要求：,损耗小,驻波比小,频带宽,对于无耗T形接头，传输线模型如图。,1）T形接头,三端口网络若无耗，则不可能做到所有端口同时匹配。若三个端口同时匹配，则网络必

3、为有耗。,接头处将存在与不连续性有关的边缘场和高次模，故在接头附近有储能，用jB表示。,若输入匹配，则：,若B不为零，可加入电抗调谐元件消除此电纳。, 无耗，传输线特性阻抗为实数，又有B=0，则,对于无耗T形接头功率分配器，要求输出功率以1:2比率分配, 。求输出线的特性阻抗与向输出端口看去的反射系数.,例：,解：设接头处的电压为V0,则输入功率为:,而输出功率分别为,则,向150输出线看去的阻抗为,向75输出线看去的阻抗为,相应的反射系数:,则接头处的输入阻抗为:,波导T形接头,T形分支，单T。- E-T接头和H-T接头。,H-T接头：分支波导的宽边与TE10模磁场所在平面平行者称为H-T,

4、E-T接头：分支波导的宽边与TE10模电场所在平面平行者称为E-T,(1)E-T接头,(a)当信号由口输入时，和口都有输出；,E,当波导中只有主模TE10模传输，E-T接头（E面T形接头）的特性：,(b)当信号由口入时，和口都有输出；,(c)当信号由口入时，和口都有输出且幅度相同相位相反。,(d)信号由和口同相输入时，在口的对称面上，电场为反相相减，端口的输出最小；,若和口信号等幅，则口的输出为零。,(e)当信号由和端口等幅反相输入时，在端口的对称面上，电场为同相相加，端口的输出最大。,分路器：可得到大小相等，方向相反的电场,合路器：对输入幅度相等、方向相反的电场进行合成,10,11,3,端口

5、为输入端，为匹配状态(S33=0)，由于结构对称，端口和的驻波相等（S11=S22），则E-T接头的S矩阵为：,由上述E-T的特性有； 即输出等幅反相。 由无耗网络S矩阵的幺正性：,(8.3-18ac),(8.3-18df),ET的S矩阵,又由 及(8. 3-18ab) 可得,由 和(8. 3-18c),可得：,另由(8.3-18e)，得：,端口输入时，E-T的S矩阵为,故一般情况下,但由于结构对称,一般情况下，E-T的三个端口不匹配，,同时由端口输入时，端口和的输出场的方向相反，故,例：,已知E-T，当由的输入功率为25W时，和两端口的输出功率为多少？ 如由口入，则由和口的输出功率为多少？,

6、解： Pin=25W,a)由端口的输入功率为：,由端口和的输出功率分别为：,由E-T的散射矩阵可知：,b),(2) H-T接头,主要特性：,当信号由口入时，和口都有等幅同相输出,可用作功率分配器或功率合成器。,H-T接头端口匹配时，和口并不匹配，驻波比等于3。,其公式与E-T类似（式中 ）。,2）威尔金森功率分配器,无耗T形接头不能做到完全匹配，威尔金森功率分配器是一种有耗三端口完全匹配的网络。它可实现任意的功率分配比，且输出端口之间可实现隔离。可用微带线来实现。,二等分功分器的基本要求：,端口、无反射； 端口、输出功率相等且同相；,Zin3,Zin2,则有,对于二等分功分器，如图。,则l/4阻抗变换器的特性阻抗应为,为使、端口匹配，需加隔离电阻。隔离电阻的作用为利用有耗条件满足完全匹配