第6.3章三端口元件ppt课件.ppt

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1、§6.3三端口元件三端口元件常用作分路元件或功率分配器/合成器。在微波系统中，需将功率进行分路或合成，--即功率分配问题，其元件称为功率分配器/合成器。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，可等效为三端口网络，其散射矩阵为：S此时网络矩阵：网络互易：无耗互易三端口网络不可能完全匹配，即三个端口不可能同时都匹配。性质1任意完全匹配的无耗三端口网络必定非互易，且为一环行器。性质2无耗互易三端口网络的任意两个端口可以实现匹配。性质3若三端口网络允许有耗，则网络可以是互易的和完全匹配的，且有耗的三端口网络可做到其输出端口的隔离。性

2、质4无耗互易三端口网络不可能完全匹配，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Sii=0（i=1,2,3）则散射矩阵为：性质1又由网络互易可知：Sij=Sji，即有S12=S21、S13=S31、S23=S32，由相位关系，则S12、S13、S23中必有两个同时为零，但由振幅关系，此结果不成立。振幅关系相位关系∴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：任意完全匹配的无耗三端口网络必定非互易，且为一理想环行器。性质2证明：匹配三端口网络的S矩阵为：∵网络无耗，S具有幺正性：满足上述方程的解为：即，故器件为

3、非互易。则有和相应的两个S矩阵为理想环行器源天线接收机作为双工器性质3无耗互易三端口网络的任意两个端口可以实现匹配。由幺正性可得：证明：假定互易网络的端口1和端口2为匹配端口则性质4若三端口网络允许有耗，则网络可以是互易的和完全匹配的，且有耗的三端口网络可做到其输出端口的隔离。1.匹配2.互易3.输出端口的隔离常用的E-T、H-T、对称Y分支、电阻性功率分配器、威尔金森功率分配器等等。2．三端口功率分配/合成元件需用要将功率分几路传送到不同的负载中，或将几路功率合成为一路功率，以获得更大的功率。基本要求：损耗小驻波比小频带宽对于无耗T形接头

4、，传输线模型如图。1）T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。若三个端口同时匹配，则网络必为有耗。接头处将存在与不连续性有关的边缘场和高次模，故在接头附近有储能，用jB表示。若输入匹配，则：若B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B=0，则对于无耗T形接头功率分配器，要求输出功率以1:2比率分配,。求输出线的特性阻抗与向输出端口看去的反射系数.例：解：设接头处的电压为V0,则输入功率为:而输出功率分别为则向150Ω输出线看去的阻抗为向75Ω输出线看去的阻抗为相应的反射系数:=150（W）=

5、75（W）则接头处的输入阻抗为:波导T形接头T形分支，单T。---E-T接头和H-T接头。H-T接头：分支波导的宽边与TE10模磁场所在平面平行者称为H-TE-T接头：分支波导的宽边与TE10模电场所在平面平行者称为E-T(1)E-T接头(a)当信号由①口输入时，②和③口都有输出；E当波导中只有主模TE10模传输，E-T接头（E面T形接头）的特性：(b)当信号由②口入时，①和③口都有输出；(c)当信号由③口入时，①和②口都有输出且幅度相同相位相反。(d)信号由①和②口同相输入时，在③口的对称面上，电场为反相相减，端口③的输出最小；若①和②口

6、信号等幅，则③口的输出为零。(e)当信号由①和②端口等幅反相输入时，在端口③的对称面上，电场为同相相加，端口③的输出最大。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端口③为输入端，为匹配状态(S33=0)，由于结构对称，端口①和②的驻波相等（S11=S22），则E-T接头的S矩阵为：由上述E-T的特性有；即输出等幅反相。由无耗网络S矩阵的幺正性：(8.3-18a~c)(8.3-18d~f)E—T的[S]矩阵又由及(8.3-18a~b)可得由和(8.3-18c),可得：另由(8.3-18e)

7、，得：端口③输入时，E-T的S矩阵为故一般情况下但由于结构对称一般情况下，E-T的三个端口不匹配，同时由端口③输入时，端口①和②的输出场的方向相反，故例：已知E-T，当由③的输入功率为25W时，①和②两端口的输出功率为多少？如由①口入，则由②和③口的输出功率为多少？解：Pin=25Wa)由端口③的输入功率为：由端口①和②的输出功率分别为：∴由E-T的散射矩阵可知：b)(2)H-T接头主要特性：当信号由③口入时，①和②口都有等幅同相输出可用作功率分配器或功率合成器。H-T接头端口③匹配时，①和②口并不匹配，驻波比等于3。其公式与E-T类似（式

8、中）。2）威尔金森功率分配器无耗T形接头不能做到完全匹配，威尔金森功率分配器是一种有耗三端口完全匹配的网络。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。