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第 20 章

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. 一、三口网络的一般性质. (20-2). (20-3). [ 性质］ 无耗互易三端口网络不可能同时匹配，即. S 11 = S 22 = S 33 =0. 一、三口网络的一般性质.

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第 20 章

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  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。

  2. 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

  3. 一、三口网络的一般性质 (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

  4. 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

  5. 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。

  6. 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。 作为例子，有 (20-4)

  7. E面T H面T 串接元件 并接元件 ①端输入，②和③端功率平分，相位相反。 用于和差：②和③同相等幅输入， ①端无输出；②和③反相等幅输入，①端输出最大。 ④端输入，②和③端功率平分相位相同。 用于和差：②和③端同相等幅输入，④端输出最大；②和③端反相等幅输入，④端无输出。 二、三口元件 1. E面T和H面T—分路元件

  8. [例1] 理想环行器端口③接匹配负载 ，即可构成二端口隔离器。 二、三口元件 2. 铁氧体环行器——环行元件 理想s矩阵

  9. 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。

  10. 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

  11. 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

  12. 三、四口网络的一般性质 (20-9) 要满足上式当且仅当 (20-10) |S33|=|S44|=0 (20-11)

  13. 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 (20-13) S13=S24=a 是实数，则 (20-14)

  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。

  15. 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)

  16. 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

  17. 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①和端口②理想隔离 S12＝0 (20-20) 则可得到 (20-21)

  18. 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) (20-24) 由此可得到

  19. 三、四口网络的一般性质 (20-25) 或者说 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

  20. 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

  21. 三、四口网络的一般性质 又可得到 (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。

  22. 三、四口网络的一般性质 图 20-4 隔离度I与相差关系

  23. 四、定向耦合器 1. 典型的定向耦合器是四口网络，①-④是主波导，②-③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

  24. 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 30～40 dB 愈大愈好。

  25. 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)

  26. 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。

  27. 四、定向耦合器 图 20-6 阵列函数

  28. 五、魔T元件 魔Ｔ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

  29. 五、魔T元件 ［例2］①，②端同相输入时 ①，②端反相输入时

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