第63章三端口元件PPT讲稿.ppt

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1、第63章三端口元件第1页，共32页，编辑于2022年，星期一无耗三端口网络的基本性质无耗三端口网络的基本性质无耗三端口网络的基本性质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：络，其散射矩阵为：S此时网络矩阵：此时网络矩阵：网络互易：网络互易：第2页，共32页，编辑于2022年，星期一 无耗无耗互易互易三端口网络不可能三端口网络不可能完全匹配完全匹配，即三，即三个端口不可能同时都匹配。个端口不可能同时都匹配。性质性质1 1 任意任意完全完全匹配匹配的的无耗无耗三端口网络必定三端口网络必定非互易非互易

2、，且为一且为一环行器环行器。性质性质2 2 无耗互易三端口网络的任意两个端口可以实无耗互易三端口网络的任意两个端口可以实现匹配。现匹配。性质性质3 3 若三端口网络允许若三端口网络允许有耗有耗，则网络可以是，则网络可以是互易互易的和完全匹配的和完全匹配的，且有耗的三端口网络可做的，且有耗的三端口网络可做到其输出端口的隔离。到其输出端口的隔离。性质性质4 4 第3页，共32页，编辑于2022年，星期一无耗无耗互易互易三端口网络三端口网络不可能完全匹配不可能完全匹配，即是说三个端口不可能同时都匹配。即是说三个端口不可能同时都匹配。证明：假设三端口都匹配，则有证明：假设三端口都匹配，则有Sii=0（

3、i=1,2,3）则散射矩阵为：则散射矩阵为：性质性质 1又由网络互易可知：又由网络互易可知：Sij=Sji，即有，即有S12=S21、S13=S31、S23=S32，第4页，共32页，编辑于2022年，星期一由相位关系，则由相位关系，则S S1212、S S1313、S S2323中必有两个同时为零，但由振幅关中必有两个同时为零，但由振幅关系，此结果不成立。系，此结果不成立。振幅关系振幅关系 相位关系相位关系不可能做到无耗、互易和完全匹配。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：又假设网络无耗，由幺正性：第5页，共32页，编辑于2022年，星期一任意任意完全匹配完全匹配的的无

4、耗无耗三端口网络必定三端口网络必定非非互易互易，且为一理想环行器。且为一理想环行器。性质性质2 2证明：匹配三端口网络的证明：匹配三端口网络的S矩阵为：矩阵为：网络无耗，网络无耗，S S具有幺正性：具有幺正性：第6页，共32页，编辑于2022年，星期一满足上述方程的解为：满足上述方程的解为：即即 ，故器件为非互易。，故器件为非互易。则有则有第7页，共32页，编辑于2022年，星期一和和 相应的两个相应的两个S S矩阵为矩阵为理想环行器理想环行器第8页，共32页，编辑于2022年，星期一源天线接收机作为双工器作为双工器第9页，共32页，编辑于2022年，星期一性质性质3 3无耗无耗互易三端口网络

5、的任意互易三端口网络的任意两个端口可以两个端口可以实现匹配实现匹配。由幺正性可得：由幺正性可得：证明：假定互易网络的端口证明：假定互易网络的端口1和端口和端口2为匹配端口为匹配端口则则第10页，共32页，编辑于2022年，星期一性质性质4 4若三端口网络允许若三端口网络允许有耗有耗，则网络可以是，则网络可以是互易互易的的和和完全匹配完全匹配的，且有耗的三端口网络可做到其的，且有耗的三端口网络可做到其输出端口的隔离。输出端口的隔离。1.匹配匹配2.互易互易3.输出端口的隔离输出端口的隔离第11页，共32页，编辑于2022年，星期一常用的常用的E-TE-T、H-TH-T、对称对称Y Y分支分支、电

6、阻性功率分配器电阻性功率分配器、威尔金森功率分配器威尔金森功率分配器等等等等。2 2三端口功率分配三端口功率分配/合成元件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。合成为一路功率，以获得更大的功率。基本要求：基本要求：损耗小损耗小驻波比小驻波比小频带宽频带宽第12页，共32页，编辑于2022年，星期一对于无耗对于无耗T T形接头，传输线形接头，传输线模型如图。模型如图。1）T T形接头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

7、三个端口同时匹配，则网络必为有耗。口同时匹配，则网络必为有耗。接头处将存在与不连续性有接头处将存在与不连续性有关的边缘场和高次模，故在关的边缘场和高次模，故在接头附近有储能，用接头附近有储能，用j jB B表示。表示。第13页，共32页，编辑于2022年，星期一若输入匹配，则：若输入匹配，则：若若B不为零，可加入电抗调谐元件消除此电纳。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，又有无耗，传输线特性阻抗为实数，又有B=0=0，则，则第14页，共32页，编辑于2022年，星期一对于无耗对于无耗T T形接头功率分配器，要求输出功率以形接头功率分配器，要求输出功率以1:21:2

8、比率分配比率分配,。求输出线的特性阻抗与向输出端。求输出线的特性阻抗与向输出端口看去的反射系数口看去的反射系数.例：例：解：设接头处的电压为解：设接头处的电压为V V0 0,则输入功率为则输入功率为:而输出功率分别为而输出功率分别为则则第15页，共32页，编辑于2022年，星期一向向150150输出线看去的阻抗为输出线看去的阻抗为向向7575输出线看去的阻抗为输出线看去的阻抗为相应的反射系数相应的反射系数:=150（W W）=75（W W）则接头处的输入阻抗为则接头处的输入阻抗为:第16页，共32页，编辑于2022年，星期一a.a.波导波导T T形接头形接头T形分支，单形分支，单T。-E-T接

9、头和接头和H-T接头。接头。H-T接头：分支波导的宽边与接头：分支波导的宽边与TE10模模磁磁场所在场所在平面平行者称为平面平行者称为H-TE-T接头：分支波导的宽边与接头：分支波导的宽边与TE10模模电电场所在场所在平面平行者称为平面平行者称为E-T第17页，共32页，编辑于2022年，星期一(1)(1)E-T接头接头(a)当信号由当信号由口输入时，口输入时，和和口都有输出；口都有输出；E当波导中只有当波导中只有主模主模TE10模传输，模传输，E-T接接头（头（E面面T形接头）的特性：形接头）的特性：第18页，共32页，编辑于2022年，星期一(b)(b)当信号由当信号由口入时，口入时，和和

10、口都有输出；口都有输出；(c)(c)当信号由当信号由口入时，口入时，和和口都有输出且幅度口都有输出且幅度相同相位相反。相同相位相反。第19页，共32页，编辑于2022年，星期一(d)(d)信号由信号由和和口同相输入时，在口同相输入时，在口的对称面上，电场为反相相口的对称面上，电场为反相相减，端口减，端口的输出的输出最小最小；若若和和口信号口信号等幅等幅，则则口的口的输输出为零出为零。(e)(e)当信号由当信号由和和端口等幅反相端口等幅反相输入时，在端口输入时，在端口的对称面上，的对称面上，电场为同相相加，端口电场为同相相加，端口的输的输出最大。出最大。第20页，共32页，编辑于2022年，星期

11、一分路器：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10113第21页，共32页，编辑于2022年，星期一端口端口为输入端，为匹配状态为输入端，为匹配状态(S3333=0)=0)，由于结构对称，端口，由于结构对称，端口和和的驻波相等（的驻波相等（S11=S22），则），则E-TE-T接头的接头的S S矩阵为：矩阵为：由上述由上述E-T的特性有；的特性有；即输出等幅反相。即输出等幅反相。由无耗网络由无耗网络S矩阵的幺正性：矩阵的幺正性：(8.3-18ac)(8.3-18df)ET的的S矩阵矩阵第22页，共32页，编辑于2022年，星期一又由又由 及及(8.3-1

12、8ab)可得可得由由 和和(8.3-18c),可得：可得：另由另由(8.3-18e)，得：，得：端口端口输入时，输入时，E-T的的S矩阵为矩阵为第23页，共32页，编辑于2022年，星期一故故一般情况下一般情况下 但由于结构对称但由于结构对称一般情况下，一般情况下，E-T的三个端口不的三个端口不匹配，匹配，同时由端口同时由端口输入时，输入时，端口端口和和的输出场的方向相反，故的输出场的方向相反，故第24页，共32页，编辑于2022年，星期一例：例：已知已知E-T，当由，当由的输入功率为的输入功率为25W时，时，和和两端口的两端口的输出功率为多少？输出功率为多少？如由如由口入，则由口入，则由和和

13、口的输出功率为多少？口的输出功率为多少？解：解：Pin=25Wa)由端口由端口的输入功率为：的输入功率为：由端口由端口和和的输出功率分别为：的输出功率分别为：第25页，共32页，编辑于2022年，星期一 由由E-TE-T的散射矩阵可知：的散射矩阵可知：第26页，共32页，编辑于2022年，星期一b)第27页，共32页，编辑于2022年，星期一(2)H-T接头接头主要特性：主要特性：当信号由当信号由口入时，口入时，和和口都有口都有等幅同相等幅同相输出输出可用作功率分配器或功率合成器。可用作功率分配器或功率合成器。H-TH-T接头端口接头端口匹配时，匹配时，和和口并不匹配，驻波比等于口并不匹配，驻

14、波比等于3 3。其公式与其公式与E-TE-T类似（式中类似（式中 ）。）。第28页，共32页，编辑于2022年，星期一2）威尔金森功率分配器威尔金森功率分配器无耗无耗T T形接头不能做到完全匹配形接头不能做到完全匹配，威尔金森功率分配器威尔金森功率分配器是一种是一种有耗三端口完全匹配的网络有耗三端口完全匹配的网络。它可实现任意的功率分配比，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。且输出端口之间可实现隔离。可用微带线来实现。第29页，共32页，编辑于2022年，星期一二等分功分器的基本要求：二等分功分器的基本要求：端口端口、无反射；无反射；端口端口、输出功率相等且同

15、相；输出功率相等且同相；Zin3Zin2则有则有对于二等分功分器，如图。对于二等分功分器，如图。则则l/l/4阻抗变换器的特性阻抗应为阻抗变换器的特性阻抗应为为使为使、端口匹配，需加隔离电阻。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隔离电阻的作用为利用有耗条件满足完全匹配、互易的实现。全匹配、互易的实现。第30页，共32页，编辑于2022年，星期一第31页，共32页，编辑于2022年，星期一S S参数的特性参数的特性该端口为匹配，无反射该端口为匹配，无反射由由j端口输入，端口端口输入，端口i全部输出；全部输出；全部传输全部传输该端口全反射该端口全反射对于无耗网络对于无耗网络由由j端口输入，端口端口输入，端口i无输出；即无输出；即j端口到端口到i端端口无传输，即口无传输，即j端口到端口到i端口隔离端口隔离第32页，共32页，编辑于2022年，星期一