多口元件Multi-PortElement

多口網(wǎng)絡(luò)在微波工程中承擔(dān)分路(功率分配)、和差、環(huán)行、耦合等等重要功能。

一、三口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì)

1.無耗互易網(wǎng)絡(luò)的么正性[S]+[S]=[I]具體應(yīng)用互易條件有(20-1)

將上述矩陣展開后可分別得到兩組方程，我們稱之為振幅條件和相位條件(20-2)(20-3)[性質(zhì)］無耗互易三端口網(wǎng)絡(luò)不可能同時匹配，即S11=S22=S33=0一、三口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì)一、三口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì)

［證明]采用反證法：假定S11=S22=S33=0,可知

圖20-1多端口元件功能

一、三口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì)

于是在S12，S13，S23至少有兩個為0，但這與式(20-2)的振幅條件相悖，得證。

作為例子，有

(20-4)一、三口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì)

2.無耗非互易三口網(wǎng)絡(luò)［性質(zhì)］無耗非互易三口網(wǎng)絡(luò)的三個端口可以完全匹配。二、三口元件1.E面T和H面T—分路元件E面TH面T串接元件并接元件①端輸入，②和③端功率平分，相位相反。用于和差：②和③同相等幅輸入，①端無輸出；②和③反相等幅輸入，①端輸出最大。④端輸入，②和③端功率平分相位相同。用于和差：②和③端同相等幅輸入，④端輸出最大；②和③端反相等幅輸入，④端無輸出。二、三口元件

2.鐵氧體環(huán)行器——環(huán)行元件理想s矩陣

[例1]理想環(huán)行器端口③接匹配負(fù)載，即可構(gòu)成二端口隔離器。二、三口元件[解]由［S］參數(shù)定義寫出而，計及這一條件即可導(dǎo)得寫出雙口網(wǎng)絡(luò)的［S］矩陣

(20-5)

只要

L很小，即可得到典型的隔離器。三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì)

1.定向耦合網(wǎng)絡(luò)定向耦合網(wǎng)絡(luò)是一種常用的四端口網(wǎng)絡(luò)，它一般規(guī)定,是無耗互易網(wǎng)絡(luò),每對端口相互隔離:(20-6)

其中一對匹配:

(20-7)符合上述條件的即可稱為定向耦合器，其［S］矩陣是三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì)圖20-3定向耦合器

根據(jù)么正性又寫出三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì)(20-9)要滿足上式當(dāng)且僅當(dāng)|S33|=|S44|=0

(20-10)(20-11)三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì)從相位關(guān)系得到的方程是

(20-12)若選擇適當(dāng)?shù)膮⒖济媸筍13=S24=a

(20-13)是實(shí)數(shù)，則(20-14)三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì)而從上面方程能給出這樣［S］矩陣是

也就是說，理想的定向耦合器，主路和副路相位差90°，也稱為90°定向耦合器。三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì)2.對稱定向耦合器網(wǎng)絡(luò)我們研究一種四端全對稱的定向耦合器網(wǎng)絡(luò)，有條件(20-17)于是，散射矩陣成為

(20-18)三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì)且由無耗的么正性條件寫出(20-19)

把方程(20-19)重新排列三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì)進(jìn)一步可簡化為

現(xiàn)在我們討論一種比較接近實(shí)際的情況，即端口①和端口②理想隔離S12＝0

(20-20)

則可得到

(20-21)三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì)

對于實(shí)際的定向耦合器，S13=0和S14=0是我們所不希望的，將它們排除在討論之外，那么，要滿足式(20-21)當(dāng)且僅當(dāng)S11=0

(20-22)且方程(20-21)進(jìn)一步簡化為

(20-23)由此可得到(20-24)三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì)或者說(20-25)從對稱定向耦合器中我們可以得到十分重要的性質(zhì)：

·定向耦合器的端對隔離和端口固有反射密切相關(guān)；

·定向耦合器的主副路相差也和端對隔離密切相關(guān)；

·因此，在工程中常常采用考察輸入反射和路間相差來別斷這類定向耦合的質(zhì)量優(yōu)劣。

3.3dB橋網(wǎng)絡(luò)我們把主副路功率相等的稱之為3dB網(wǎng)絡(luò)，重新寫出三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì)也即

(20-26)對于理想的3dB橋

(20-27)代入上式可知|S11|≈|S12|

(20-28)另一方面，由又可得到三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì)

(20-29)

(20-30)考慮最壞可能性，即

1=2

(20-31)

其中，I是隔離度，定義為，式(20-31)可由相差確定隔度離。

三、四口網(wǎng)絡(luò)的一般性質(zhì)

圖20-4隔離度I與相差關(guān)系四、定向耦合器1.典型的定向耦合器是四口網(wǎng)絡(luò)，①-④是主波導(dǎo)，②-③是副波導(dǎo)，主副波導(dǎo)之圖20-5孔陣定向耦合器間采用孔耦合。

2.孔陣定向耦合器為了加強(qiáng)定向性和耦合度，一般均采用多孔排陣四、定向耦合器波導(dǎo)定向耦合器(1)耦合度(2)定向性一般耦合度20dB,10dB,6dB,3dB一般定向性30～40dB愈大愈好。四、定向耦合器若N個孔完全相同

(20-32)

(20-33)于是耦合度

(20-34)四、定向耦合器

其中，CS是單孔耦合度。定向性

其中DS表示單孔定向性，后項(xiàng)表示陣列定向性，只要取

在合適的范圍，D可以很大