Ch雙口元件實(shí)用實(shí)用教案

1、一、雙口網(wǎng)絡(luò)(wnglu)的S參數(shù)已經(jīng)知道，雙口網(wǎng)絡(luò)可以用S S參數(shù)加以(jiy)(jiy)表示。 a1a2b1b2N e t w o r k圖 19-2 19-2 雙口網(wǎng)絡(luò)(wnglu)(wnglu)的S S參數(shù)bbSSSSaa121112212212 (19-1)第1頁/共34頁第一頁，共35頁。雙口網(wǎng)絡(luò)(wnglu)(wnglu)的無耗約束 對于一般的S S+ +S S= =I I具體(jt)(jt)到雙口網(wǎng)絡(luò)是100122211211*22*12*21*11SSSSSSSS 展開(zhn ki)可得|*SSSSS SS S11221222212211122122110具體寫為| |()

2、SS11221211222 (19-2)(19-3)上式中第一個稱為振幅條件，第二個稱為相位條件。第2頁/共34頁第二頁，共35頁。雙口網(wǎng)絡(luò)(wnglu)(wnglu)的無耗約束例1 1特性阻抗階躍，如圖所示。如果(rgu)(rgu)忽略其不連續(xù)電納jBjB，則構(gòu)成反對稱網(wǎng)絡(luò)，即S22=S11圖 19-3 19-3 反對稱網(wǎng)絡(luò)Z01Z02第3頁/共34頁第三頁，共35頁。解：根據(jù)(gnj)S(gnj)S參數(shù)的定義可知雙口網(wǎng)絡(luò)(wnglu)(wnglu)的無耗約束SZZZZSZZZZ11020102012201020102 很明顯有 S22=S11， 但|S11|=|S22|例2 無耗網(wǎng)絡(luò)匹配定

3、理(dngl)定理(dngl) |L|1,采用無耗網(wǎng)絡(luò)S予以匹配，其條件是SL22*第4頁/共34頁第四頁，共35頁。雙口網(wǎng)絡(luò)(wnglu)(wnglu)的無耗約束inLLSS SS1112212210|(| )|()()SeSeeSejjLjLjLL11112111111222211n?S無耗網(wǎng)絡(luò)匹配定理l第5頁/共34頁第五頁，共35頁。雙口網(wǎng)絡(luò)(wnglu)(wnglu)的無耗約束簡單演算(yn sun)可知| |()SeLjL1122 匹配(ppi)條件是| | |SSnLL1122222 更簡潔的形式為SL22* 特別應(yīng)該提及，無耗網(wǎng)絡(luò)匹配定理不單純是理論問題，而且已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)際中，

4、我們要做的一個微波實(shí)驗(yàn)即采用單螺釘調(diào)配器匹配 L L。其中，單螺釘可調(diào)深度( (即變化|S|S2222|),|),也可調(diào)左右位置( (即變化 ) )。ej22 (19-4) 第6頁/共34頁第六頁，共35頁。雙口網(wǎng)絡(luò)(wnglu)(wnglu)的無耗約束| S 1 1 |l測出| |S S1111|=|=| L L| | | S 1 1 |匹配負(fù)載= 0接匹配負(fù)載(fzi)(fzi)時，調(diào)螺釘，使|S11|=|S11|=|L| L| i n = 0l接待匹配L L，左右(zuyu)(zuyu)移動螺釘使in=0 in=0 第7頁/共34頁第七頁，共35頁。雙口網(wǎng)絡(luò)(wnglu)(wnglu)的

5、無耗約束 為了加深印象，進(jìn)一步討論共軛匹配的物理意義。首先要看到，所謂匹配僅僅是網(wǎng)絡(luò)前端無反射波。事實(shí)上，失配負(fù)載PLPL始終是有反射的。因此(ync)(ync)問題的核心是要把反射的功率，再次“喂給”負(fù)載，恰如給嬰孩喂食。振幅要恰當(dāng)|S22|=|S22|=|L|L|，時間要恰當(dāng)，即相位22=22=L L，才能使它“吃完”。圖 19-5 19-5 多次提供(tgng)(tgng)負(fù)載的圖象?Networkin=0l第8頁/共34頁第八頁，共35頁。 方向變換(binhun)元件包括連接元件、拐角、扭波導(dǎo)，一般情況見圖所示。二、方向(fngxing)(fngxing)變換元件 圖 19-6 19

6、-6 方向(fngxing)(fngxing)變換元件第9頁/共34頁第九頁，共35頁。二、方向(fngxing)(fngxing)變換元件 例3 3 直角(zhjio)(zhjio)拐角的網(wǎng)絡(luò)分析圖 19-7 19-7 典型(dinxng)(dinxng)數(shù)據(jù)XB21,解 任何微波元件的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)都有參考面，即它對參考面等效。元件的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)是利用場論的方法獲得的。TTTTjXjXjB第10頁/共34頁第十頁，共35頁。 ()AAjXjBjXX BjXX BjBX Bjii13101101101111101 二、方向變換(binhun)(binhun)元件 det SAAAAAAAAAAAAAj

7、jjjjj122222222111221221112212211122122第11頁/共34頁第十一頁，共35頁。二、方向(fngxing)(fngxing)變換元件SjjePPPjL11116 56552020215108.(| ).據(jù)分析，直角拐角的反射系數(shù) ，對應(yīng)駐波比 =2.618=2.618。1504472 .第12頁/共34頁第十二頁，共35頁。三、信號(xnho)變換元件 信號(xnho)變換元件的種類最多，我們將選典型的給以討論1膜片 膜片可分成感性膜片、容性膜片和諧振窗。容性膜片一壓縮(y su)(y su)電場 感性膜片一壓縮磁性 諧振窗ZZ00jBbbaa21l第13頁/

8、共34頁第十三頁，共35頁。三、信號變換(binhun)元件 根據(jù)要求，容性膜片區(qū)域把電場壓縮(y su)而使 ，感性膜片區(qū)域把磁場壓縮(y su)使 ，它們都可成為匹配元件。 諧振窗可以看作是感性膜片和容性膜片的結(jié)合，構(gòu)成無反射元件。(窗的特性阻抗等于波導(dǎo)主模的特性阻抗，它在概念上有力地說明：有障礙未必有反射)。由特性阻抗定義B0B0baabaa121222第14頁/共34頁第十四頁，共35頁。三、信號(xnho)變換元件也即 baba222244 這里把a(bǔ)和b看作(kn zu)動點(diǎn)，即令 ,可得xa yb1212,xyba24222242 41 (19-5) 諧振窗軌跡是雙曲線方程(fng

9、chng)。例4在平板波導(dǎo)中，采用保角變換法給出容性膜片的電容C和歸一化電納B第15頁/共34頁第十五頁，共35頁。三、信號變換(binhun)元件圖 19-9 19-9 容性膜片zKzbzzb112sinsin0 xyabb(19-6)第16頁/共34頁第十六頁，共35頁。三、信號(xnho)變換元件實(shí)際上，它是由下述兩個(lin )多角形變換構(gòu)成222211211zbzKzbzsinsin ( )因此，可消去(xio q)z1(xio q)z1直接得到z z與z2z2的變換關(guān)系Kzbzbsinsin2注意到z z2 2平面已成均勻場，求出變換系數(shù)K K (19-7)第17頁/共34頁第十七

10、頁，共35頁。三、信號(xnho)變換元件zabzabbK1212 22111,sin 很易求出Kacsc2(19-8)考察yy和y2y2時均勻場，由于z z平面(pngmin)(pngmin)的電力線彎曲有yy2這一塊正是膜片的電容(dinrng)(dinrng)(一半) )，考慮無究條件 (19-9)第18頁/共34頁第十八頁，共35頁。三、信號(xnho)變換元件Keejeejjbjyjbjyjbjyjbjy()()()()2222 圖 19-10 Schwarz-Christoffel 19-10 Schwarz-Christoffel變換(binhun)(binhun)y10 x11

11、-1K-Kz -plane10 xy22bb-0 x2y22bb-2第19頁/共34頁第十九頁，共35頁。略去 和 項，兩邊取對數(shù)ebyeby22lnybybK (19-10) 計 及 式 ( 1 9 - 9 )( 1 9 - 9 ) 條 件(tiojin)(tiojin)，得到baln csc2(19-11)考慮雙邊影響(yngxing)后的電容Cba222ln csc(19-12)三、信號(xnho)變換元件第20頁/共34頁第二十頁，共35頁。上述(shngsh)結(jié)果是平板波導(dǎo)。如要把結(jié)果用到矩形波導(dǎo)中去，則歸一化電納為BBCYCZCaaZgbac0022csc最后(zuhu)得到Bbg

12、a42ln csc (19-13) 三、信號變換(binhun)元件第21頁/共34頁第二十一頁，共35頁。 2. 相移器和衰減器 相移器和衰減器是最基本的兩種元件，它們(t men)可以起調(diào)節(jié)相移和衰減的作用。三、信號變換(binhun)元件衰減器LSdBSeell2010021log| 相移器 ArgSSeejj2100 第22頁/共34頁第二十二頁，共35頁。三、信號(xnho)變換元件圖 19-11 19-11 極化(j (j hu)hu)衰減器 特別要提及的是圓波導(dǎo)(采用H11模)極化衰減器，它利用高損耗材料(cilio)的吸收片，將其中一種極化吸收掉。 如圖所示，它專門吸收u向極化

13、波。qyuxu0第23頁/共34頁第二十三頁，共35頁。圖 19-12 19-12 極化衰減器分析(fnx)(fnx)框圖EEEEEEEEx outy outuvuvx inx in cossinsincoscossinsincos2211 因此(ync)全部變換可寫成三、信號變換(binhun)元件輸出EExyoutoutEEuv22ljalee00EEuv11輸出EExylnln我們可以用網(wǎng)絡(luò)給出完整的分析( (輸入v v 輸出都是y y 向極化) )。第24頁/共34頁第二十四頁，共35頁。EEeeEEx outy outalj lx inx in cossinsincoscossins

14、incos00也即EEeeeeeeeeEEx outy outalj lalj lalj lj lalx iny in cossinsin cos ()sin cos ()cossin2222具體(jt)(jt)問題中 Ex in=0 Ex in=0，則有EEeey outy inj lal cossin22三、信號(xnho)變換元件第25頁/共34頁第二十五頁，共35頁。三、信號變換(binhun)元件一般(ybn)(ybn)做到e-al0e-al0，這時衰減LEEy outy in 2040loglogcos (19-15)這是極化衰減器的最基本(jbn)(jbn)的公式。 y y模式

15、u u模式 v v模式 當(dāng) =90=90時理論衰減為，實(shí)際上只需計及(19-14)(19-14)式可知第26頁/共34頁第二十六頁，共35頁。三、信號變換(binhun)元件maxmaxL L=8.686=8.686alal50dB50dB (19-16)極化(j hu)(j hu)衰減器的最大優(yōu)點(diǎn)是與頻率無關(guān)，所以它是寬帶器件。 3. 鐵氧體隔離器 鐵氧體隔離器也稱單向(dn xin)器。 S 0010第27頁/共34頁第二十七頁，共35頁。三、信號變換(binhun)元件 Saa0101002020 注意：這是一種非互易網(wǎng)絡(luò)S12S21S12S21。一般(ybn)(ybn)正向衰減0.5d

16、B0.5dB，反向衰減20dB20dB第28頁/共34頁第二十八頁，共35頁。四、波型變換(binhun)元件 典型的是同軸- -波導(dǎo)轉(zhuǎn)換，為了提高轉(zhuǎn)換效率，可調(diào)節(jié)探針深度和短路(dunl)(dunl)活塞位置。 圖 19-13 19-13 同軸- -波導(dǎo)(b do)(b do)轉(zhuǎn)換19_15第29頁/共34頁第二十九頁，共35頁。 附 錄APPENDIXSCHWARZ-CHRISTOFFEL 變換(binhun)z-plane w-plane Schwarz-Christoffel Schwarz-Christoffel多角形變換(binhun)(binhun)把w w平面的多角形變成Z Z

17、平面的上半平面，一般分式是 00 xziyuuai第30頁/共34頁第三十頁，共35頁。附 錄ddzAzxiaini()11具體到本文(bnwn)例子 以z zz1z1變換(binhun)(binhun)為例 b22b2b22b22 zz1ai z2z1aiK 1-K -12第31頁/共34頁第三十一頁，共35頁。附 錄dzdzA zKzKzAdzKzKAzKC111211211111()()sin考慮邊界條件 z1=0 z1=0，z=0z=0可見(kjin)c0(kjin)c0 z1=K z1=K， 即得到zb2第32頁/共34頁第三十二頁，共35頁。 完全(wnqun)(wnqun)類似有2211zbzKsin22211zbzsin ( )附 錄第33頁/共34