端口元件PPT課件

1、如口為輸入端口，其它三個(gè)為輸出口或隔離口。由隔離口的端口的不同，其相應(yīng)的矩陣為S02、S03、S04 。理想定向耦合器一個(gè)可逆無(wú)耗四端口網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)端口完全匹配，有一個(gè)端口同輸入端口完全隔離，輸入功率在其余兩個(gè)端口上分配輸出，這種網(wǎng)絡(luò)稱為理想定向耦合器。第第2頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第1頁(yè)/共36頁(yè) 對(duì)于上圖中對(duì)于上圖中(a)(a)，其散射矩陣為：，其散射矩陣為：00000000241423132423141302SSSSSSSSS性質(zhì)1 無(wú)耗互易四端口網(wǎng)絡(luò)可以完全匹配，且為一理想定向耦合器。（可由互易網(wǎng)絡(luò)的幺正性證明。）第第3頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第2頁(yè)/共36頁(yè)00000000341434232312

2、141203SSSSSSSSS對(duì)于(b)，則有00000000342434132412131204SSSSSSSSS對(duì)于(c)， 則有（常用的一種情況）第第4頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第3頁(yè)/共36頁(yè)性質(zhì)2 有理想定向性的無(wú)耗互易四端口網(wǎng)絡(luò)不一定四個(gè)端口均匹配，即是說(shuō)四個(gè)端口匹配是定向耦合器的充分條件，而不是必要條件。第第5頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第4頁(yè)/共36頁(yè)性質(zhì) 3 有兩個(gè)端口匹配且相隔離的無(wú)耗互易四端口電路必然為一理想定向耦合器，且其余兩個(gè)端口亦匹配并相互隔離。 （可由其幺正性得到證明）00000000342434132412131204SSSSSSSSS第第6頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第5頁(yè)/共36頁(yè)S參

3、數(shù)小結(jié)：參數(shù)小結(jié)： 0iiS0ijS0ijS隔離傳輸匹配第第7頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第6頁(yè)/共36頁(yè)以常用的互易無(wú)耗以常用的互易無(wú)耗SS0404 為例。由其幺正性為例。由其幺正性2413SS由前兩式由兩式3412SS00000000342434132412131204SSSSSSSSS2定向耦合器的技術(shù)參數(shù)第第8頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第7頁(yè)/共36頁(yè)為進(jìn)一步簡(jiǎn)化，我們選取四個(gè)端口上的相位，使 *uSS034*2413*12SSSS0jjeen2則得則得其中和為實(shí)數(shù)，和為待定相角，由S04的第二行與第三行相乘，得第第9頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第8頁(yè)/共36頁(yè)即即S13和和S24的相位選取相同，其的相位選取相同

4、，其S矩陣為：矩陣為： 0000000004jjjjSS1）對(duì)稱耦合器：可得實(shí)用中兩種特殊選擇：可得實(shí)用中兩種特殊選擇：第第10頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第9頁(yè)/共36頁(yè)0000000004US即S13和S24的相位相差180o，其S矩陣為 , 02）不對(duì)稱耦合器122注意：這兩種耦合器的區(qū)別僅在于參考面的選取不同，而振幅和不是獨(dú)立的。而具有關(guān)系因此除相位參考面以外，理想定向耦合器僅有一個(gè)自由度。第第11頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第10頁(yè)/共36頁(yè)這種定向耦合器的常用符號(hào)如圖所示。 040101000.707001010SjjSjj輊-犏犏-犏=犏-犏犏-犏臌 04011010010.707100101 10

5、US輊犏犏-犏=犏犏犏-犏臌例：例：00000000342434132412131204SSSSSSSSS第第12頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第11頁(yè)/共36頁(yè)耦合端口的耦合系數(shù)為2213S直通端口的耦合系數(shù)為222121S表征定向耦合器性能的主要參數(shù)是表征定向耦合器性能的主要參數(shù)是耦合度耦合度C、定向定向性性D 和和隔離度隔離度I，以，以SS0404 定義如下：定義如下：第第13頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第12頁(yè)/共36頁(yè)隔離度隔離度( (表明輸入端口與隔離端口之間的關(guān)系表明輸入端口與隔離端口之間的關(guān)系) )：定向性(表明耦合線上耦合端口與隔離端口之間的關(guān)系):耦合度(表明輸入與耦合之間的關(guān)系) :此三參數(shù)有

6、如下關(guān)系：一一理想的定向耦合器理想的定向耦合器應(yīng)具有應(yīng)具有無(wú)限大的定向性無(wú)限大的定向性和和隔離度隔離度（S S1414=0=0），），和和則可根據(jù)給定的則可根據(jù)給定的耦合度耦合度C C求得。求得。第第14頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第13頁(yè)/共36頁(yè)作用：功率測(cè)量或監(jiān)視裝置，組合或反射計(jì)等。3 3定向耦合器的分析與設(shè)定向耦合器的分析與設(shè)計(jì)計(jì)波導(dǎo)定向耦合器、耦合線定向耦合器和Lange耦合器。1）波導(dǎo)定向耦合器定向耦合器中S04中， 線稱為主線， 線稱為副線?？祝ú劭p）、分支線、耦合線段等。第第15頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第14頁(yè)/共36頁(yè)單孔耦合器。為獲得定向性，該單孔需用開(kāi)在兩個(gè)矩形波導(dǎo)的公共寬壁上。設(shè)TE

7、10模由端口1入射，其場(chǎng)分量可以寫(xiě)成0cossinsin1010101010yzxzjzzjxzjyHEEeaxZEjHeaxZEHeaxEE式中 是TE10模的波阻抗。 /0010kZ a. 孔耦合孔耦合第第16頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第15頁(yè)/共36頁(yè)單孔耦合器的缺點(diǎn)是頻帶窄。采用雙孔耦合器可展寬頻帶，一般為窄帶濾波器。公共寬臂（或窄臂）上相距 的雙孔耦合器。如圖。4/0gb. 波導(dǎo)雙孔定向耦合波導(dǎo)雙孔定向耦合器器第第17頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第16頁(yè)/共36頁(yè)設(shè)電磁波由端口輸入，大部分波向端口傳輸，一部分波通過(guò)兩個(gè)孔耦合到副波導(dǎo)中。由于兩孔相距 ，結(jié)果在端口方向的波相位同相而增強(qiáng)，在端口方向則因相

8、位反相而相互抵消。4/0g注意：在端口方向波的抵消是與頻率有關(guān)的，故其定向性是頻率的敏感函數(shù)；而耦合度則受頻率的影響較小。第第18頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第17頁(yè)/共36頁(yè)式中式中 為第一個(gè)小孔的。為第一個(gè)小孔的。)0(31S61lg201lg20)0(3131SSC對(duì)于雙孔尺寸一樣，則 (dB)cos1lg20lg20lg20)0(41)0(314131SSSSD定向性則為 (dB)因此在多孔耦合器的綜合設(shè)計(jì)中總是選擇定向性的響應(yīng)作為綜合設(shè)計(jì)用的頻率響應(yīng)。第第19頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第18頁(yè)/共36頁(yè)正交混合電橋是由主線、副線和兩條分支線組成。4 4正交混合電橋正交混合電橋其特性是當(dāng)所有端口匹配時(shí)，

9、由端口輸入的功率：直通臂：一路經(jīng)g/4、另一路經(jīng)3g/4（不幅度反相）在口相減輸出,輸出相位比口輸入的相位滯后/2, 耦合臂：一路經(jīng)2g/4、另一路經(jīng)2g/4（等幅同相）在口輸出，輸出相位比口輸入的相位滯后,隔離口：一路經(jīng)g/4、另一路經(jīng)3g/4（等幅反相）在口輸出，無(wú)輸出。正交混合電橋正交混合電橋是一正交混合電橋是一種種直通臂直通臂和和耦合臂耦合臂輸出有輸出有90相位差相位差的的3dB3dB定向耦合器定向耦合器。第第20頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第19頁(yè)/共36頁(yè)正交混合電橋的正交混合電橋的S S參數(shù)參數(shù)S S參數(shù)為：分支耦合線具有結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，參數(shù)為：分支耦合線具有結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，其任一端口都可作輸入端

10、口，其任一端口都可作輸入端口，兩輸出端口總是在與輸入端口兩輸出端口總是在與輸入端口相反的一邊。相反的一邊。 01000111002010jjSjj輊犏犏-犏=犏犏犏犏臌由端口輸入的功率：端口匹配無(wú)反射；直通臂輸出功率為一半，相位滯后/2；耦合臂輸出功率為一半，相位滯后；隔離口無(wú)輸出。110S=2112Sj= -3112S= -410S=第第21頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第20頁(yè)/共36頁(yè)1801800 0混合電橋是一種兩輸出端口有混合電橋是一種兩輸出端口有1801800 0相位差的相位差的四端口網(wǎng)絡(luò)。四端口網(wǎng)絡(luò)。返回5. 1805. 1800 0混合電混合電橋橋環(huán)形電橋、漸變耦合線電橋、波導(dǎo)魔T。第第

11、22頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第21頁(yè)/共36頁(yè) 若信號(hào)由端口輸入，則由端口和等幅反相輸出，端口無(wú)輸出。 當(dāng)用作功率合成器時(shí)，輸入信號(hào)分別加于端口和，則在端口輸出和信號(hào)（和端口），在端口輸出差信號(hào)（差端口）。 端口加輸入信號(hào)，端口和為等幅同相輸出，端口無(wú)輸出（隔離端口）；理想3dB1800混合電橋的S矩陣為： 01101001100101102jS第第23頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第22頁(yè)/共36頁(yè)l l環(huán)形電橋環(huán)形電橋1.5混合環(huán)路的帶寬受環(huán)形長(zhǎng)度的限制，約為20-30%，增加帶寬的辦法是采用對(duì)稱的1混合環(huán)?；旌檄h(huán)各支路特性阻抗為Z0，02Z根據(jù)/4變換性可知，環(huán)行線的特性阻抗應(yīng)為 。第第24頁(yè)頁(yè)/共共36

12、頁(yè)頁(yè)第23頁(yè)/共36頁(yè) 當(dāng)用作功率合成器時(shí)，輸入信號(hào)分別加于端口和，則在端口輸出和信號(hào)（和端口），在端口輸出差信號(hào)（差端口）。 信號(hào)由端口輸入時(shí)，端口和為等幅同相輸出，端口無(wú)輸出（隔離端口）； 若信號(hào)由端口輸入，則由端口和等幅反相輸出，端口無(wú)輸出。第第25頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第24頁(yè)/共36頁(yè)返回l l波導(dǎo)魔波導(dǎo)魔T T波導(dǎo)魔波導(dǎo)魔T T是匹配雙是匹配雙T T，由雙，由雙T T波導(dǎo)波導(dǎo)接頭處加入匹配元件（螺釘、接頭處加入匹配元件（螺釘、膜片或小錐體）構(gòu)成。膜片或小錐體）構(gòu)成。第第26頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第25頁(yè)/共36頁(yè) 四個(gè)端口完全匹配； 不僅E臂和H臂相互隔離，而且兩側(cè)臂也相互隔離； 進(jìn)入一側(cè)

13、臂的信號(hào)，將由E臂和H臂等分輸出，而不進(jìn)入另一臂；魔魔T T具有如下特性：具有如下特性：第第27頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第26頁(yè)/共36頁(yè)進(jìn)入E臂的信號(hào)，將由兩側(cè)臂等幅反相輸出，而不進(jìn)入H臂； 若兩臂同時(shí)加入信號(hào)，E臂輸出的信號(hào)等于兩輸入信號(hào)相量差的 倍；H臂輸出的信號(hào)等于兩輸入信號(hào)相量和的 倍。2/12/1 進(jìn)入H臂的信號(hào)，將由兩側(cè)臂等幅同相輸出，而不進(jìn)入E臂；故E臂稱為差臂；H臂稱為和臂。第第28頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第27頁(yè)/共36頁(yè)魔魔T T在微波技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，可用來(lái)組成在微波技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，可用來(lái)組成微波阻微波阻抗電橋抗電橋、平衡混頻器平衡混頻器、功率分配器功率分配器、和差器和差

14、器、相移器相移器、天線雙工器天線雙工器、平衡相位檢波器平衡相位檢波器、鑒頻器鑒頻器、調(diào)制器調(diào)制器等。等。波導(dǎo)魔波導(dǎo)魔T T的的S S矩陣：矩陣：第第29頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第28頁(yè)/共36頁(yè)8-18如圖所示如圖所示E-T分支，其臂分支，其臂2接短路活塞，請(qǐng)問(wèn)接短路活塞，請(qǐng)問(wèn)短路活塞與對(duì)稱中心平面的距離短路活塞與對(duì)稱中心平面的距離l為多少時(shí)，為多少時(shí)，臂臂3的負(fù)載得到最大功率或最小功率？的負(fù)載得到最大功率或最小功率？解：解：l2端口輸出的信號(hào)經(jīng)端口輸出的信號(hào)經(jīng)短路器全部反射回來(lái)。短路器全部反射回來(lái)。當(dāng)?shù)诙€(gè)端口的反射當(dāng)?shù)诙€(gè)端口的反射信號(hào)與信號(hào)與1端口的信號(hào)端口的信號(hào)同相時(shí)，同相時(shí)，3端口輸出端口

15、輸出的信號(hào)為差信號(hào)；如的信號(hào)為差信號(hào)；如果反射波與果反射波與1端口的端口的信號(hào)反相時(shí)，信號(hào)反相時(shí)，3端口端口輸出為最大。輸出為最大。第第30頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第29頁(yè)/共36頁(yè)又由于短路器的反射系數(shù)為又由于短路器的反射系數(shù)為-1，即有，即有 的相位差。的相位差。 當(dāng)當(dāng)l= g/4時(shí)，波由時(shí)，波由A點(diǎn)經(jīng)短路器的反射回至點(diǎn)經(jīng)短路器的反射回至A點(diǎn)所走過(guò)點(diǎn)所走過(guò)的路程為的路程為2l= g/2，由路程所提相位差為，由路程所提相位差為 ，加上短路反射，加上短路反射所得相位差所得相位差 ，因此，當(dāng)波回，因此，當(dāng)波回A A點(diǎn)時(shí)與點(diǎn)時(shí)與1 1端口的入射波為同端口的入射波為同相，因此，相，因此，3 3端口的輸出為

16、最小功率。端口的輸出為最小功率。lA 當(dāng)當(dāng)l= g/2時(shí)，波由時(shí)，波由A點(diǎn)點(diǎn)經(jīng)短路器的反射回至經(jīng)短路器的反射回至A點(diǎn)點(diǎn)所走過(guò)的路程為所走過(guò)的路程為2l= g，由路程所提相位差為由路程所提相位差為2 ，加上短路反射所得相位差加上短路反射所得相位差 ，因此，當(dāng)波回，因此，當(dāng)波回A A點(diǎn)時(shí)與點(diǎn)時(shí)與1 1端口的入射波為反相，端口的入射波為反相，因此，因此，3 3端口的輸出為最端口的輸出為最大功率。大功率。第第31頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第30頁(yè)/共36頁(yè)采用插入損耗法，利用微波綜合技術(shù)設(shè)計(jì)濾波器，以獲得完全指定的頻響。設(shè)計(jì)方法：1濾波器微波濾波器是一二端口網(wǎng)絡(luò)，在微波系統(tǒng)中用來(lái)控制頻率響應(yīng)，使信號(hào)在濾波器的

17、通帶內(nèi)得以傳輸，阻帶內(nèi)則給出衰減。低通、高通、帶通、帶阻第第32頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第31頁(yè)/共36頁(yè)產(chǎn)生微波電磁振蕩的具有儲(chǔ)能和選頻特性的微波諧振元件，其作用和工作為在微波系統(tǒng)中廣泛用途濾波器、振蕩器、頻率計(jì)、調(diào)諧放大器等。在300MHz以下，諧振器是用集總電容器和電感器做成。高于300MHz時(shí)，LC回路的歐姆損耗、介質(zhì)損耗、輻射損耗都增大，使回路的Q值降低；而回路的電感量和電容時(shí)則要求很小，難為實(shí)現(xiàn)。采用傳輸線技術(shù)用一段縱向兩端封閉的傳輸線或波導(dǎo)來(lái)實(shí)現(xiàn)高Q微波諧振電路。種類：矩形波導(dǎo)空腔諧振器、圓波導(dǎo)空腔諧振器、同軸線諧振器、微帶線諧振器、介質(zhì)諧振器2 2諧振器諧振器第第33頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第32頁(yè)/共36頁(yè)分析方法： 邊值問(wèn)題（微波諧振器） 駐波法求場(chǎng)解（金屬波導(dǎo)諧振腔） 傳輸線理論分析（TEM傳輸線諧振器） 準(zhǔn)靜態(tài)方法（非傳輸線型諧振器） 等效電路方法（單模工作的諧振器） 微擾法（諧振腔的微小變形） 第第34頁(yè)頁(yè)/共共36頁(yè)頁(yè)第33頁(yè)/共36頁(yè)在微波器件使用各向異性材料，則可得到非互易性能，由此可做成大量具有方向特性的器件。對(duì)于互易網(wǎng)絡(luò)，元件的任意兩個(gè)端口i和