《微波技术与天线课件16培训资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微波技术与天线课件16培训资料（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、多口元件,Multi - Port Element,多于双端口的元件称为“多端口”。 上节课讲的S参数对于双端口很有效，它适用于任何端口，没有传输与非传输之分，也没有哪个端口传输之分。 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。,如图：假设有N个端口。我们大概就用这样一个S矩阵来分析多端口元件。,多口元件,它的物理概念非常清楚，由入射进去的激励波a1,a2an，通过网络，出来变成b1,b2bn 。因此上面矩阵可以简化为Sa=b。注意可以见s看成广义的反射系数，a看成广义的入射波，b看成广义反射波，它的物理概念就是入射波通过反射系数变成了反射波。,多口元件,1、分路
2、元件： （功率分配）,多口元件,分路元件：发射机出来，一分为二，再一分为二就变成四，再分就变成八。端口显然多于两个端口。,2、环行元件：,多口元件,环行：环行是三口网络最典型的器件。它可以从1端口到2端口，从2端口到3端口，这就构成环行器件。环行网络也是多于两个端口。,3、和差元件：,多口元件,和差元件：它出来两路，和的和用S表示，和的差用D表示是。两端进去，“和”经过一个支路，“差”经过另外一个支路。在雷达里面比较常用。,4、耦合元件：,多口元件,耦合：是主支路，它除了到下面一路外，还要耦合到上面一个支路。,复习双端口网络： 【性质】： 如果端口i和端口j对称，那么有Sii=Sjj 如果网络
3、互易，则有Sij=Sji 如果网络无耗，则S+S=I,多口元件,【定理】：反射系数的网络变换定理,对于双口网络有两个概念要清楚： 【概念】 1、什么叫S11：2端口匹配，1端口的反射系数。 2、什么叫S21：2端口匹配，1端口向2端口的传输系数。,多口元件,一、三口网络的一般性质,1. 无耗互易网络, S + S = I ,具体应用互易条件有,(16-1),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,一、三口网络的一般性质,(16-2),(16-3),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,证明：反证法如果三个端口都匹
4、配，那么S矩阵可写作：,一、三口网络的一般性质,假定S11=S22=S33=0,可知,一、三口网络的一般性质,假定S23=0，那么S12和S13至少有一个为零。假定S12=0带入振幅条件：,不满足振幅条件，因此可证明无耗互易三端口网络的三个端口不可能同时匹配。除了三端口以外，二端口以上的网络都可以全匹配。,典型的就是环形器,有两种典型的理想矩阵对应不同的环行器：,一、三口网络的一般性质,2. 无耗非互易三口网络 无耗非互易网络：SijSji 性质无耗非互易三口网络的三个端口可以完全匹配。,一、三口网络的一般性质,【例1】用环行器做为隔离器，这是由于环行器可以做得非常小，而隔离器不行，因此通信中
5、经常采用环行器做为隔离器适用。 环形元件：由于3对外接匹配负载，因此对外只有1,2两个口，如图，1到2传输，构成隔离器。,一、三口网络的一般性质,分析：根据前面将的S参数网络矩阵可知： 整理可得： ,一、三口网络的一般性质,3端口反射系数 对于负载来说，a3是反射波，b3是入射波。 将三端口网络等效成二端口网络： 根据网络参数可知 ：b1 =a3，反射系数 ，以及 b3=a2 可得：,一、三口网络的一般性质,写成矩阵形式： 这是三端口接负载以后对外两端口的矩阵。 根据 表示端口2向端口1的传输， 因此，表示端口2向端口1几乎没有传输，S21=1而表示1端到2端几乎全部传输。因此它是个非常好的隔
6、离器，如果放在发射机或接收机前面会起到一个很好的保护作用。,一、三口网络的一般性质,【例2】分路、和差元件（也是重点内容，经常用到）。 第一种：E面T接在宽面上（串联）。,一、三口网络的一般性质,第二种：H面T接在窄面上（并联）,一、三口网络的一般性质,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
7、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
8、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)
9、,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. 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 电桥,(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
10、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 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，D可以很大。,图 20-6 阵列函数,四、定向耦合器,五、魔T元件,魔特性可以看作是E-T和H-T的结合，也可能看作是特殊的3 dB桥。,魔T,五、魔T元件,，端反相输入时,例2，端同相输入时,
