Ch19-雙口元件.ppt

1、第19章,雙口元件,Two - Port Element,雙口元件是在微波中應(yīng)用最多的一種元件，按功能分類(lèi)如下圖所示。與單口元件相似，雙口元件一般采用網(wǎng)絡(luò)理論進(jìn)行分析。但是，在這里值得指出：元件的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)本身還是需要用場(chǎng)論方法求得，或者實(shí)際測(cè)量得到。從這個(gè)意義上講，場(chǎng)論是問(wèn)題的內(nèi)部本質(zhì)，而網(wǎng)絡(luò)則是問(wèn)題的外部特性。,一、雙口網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù),已經(jīng)知道，雙口網(wǎng)絡(luò)可以用S參數(shù)加以表示。,圖 19-2 雙口網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù),(19-1),雙口網(wǎng)絡(luò)的無(wú)耗約束,對(duì)于一般的S+S=I具體到雙口網(wǎng)絡(luò)是,展開(kāi)可得,具體寫(xiě)為,(19-2),(19-3),上式中第一個(gè)稱為振幅條件，第二個(gè)稱為相位條件。,雙口網(wǎng)絡(luò)的無(wú)耗約束,

2、例1特性阻抗階躍，如圖所示。如果忽略其不連續(xù)電納jB，則構(gòu)成反對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)，即,S22=S11,圖 19-3 反對(duì)稱網(wǎng)絡(luò),解：根據(jù)S參數(shù)的定義可知,雙口網(wǎng)絡(luò)的無(wú)耗約束,很明顯有 S22=S11， 但|S11|=|S22| 例2 無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)匹配定理 定理 |L|1,采用無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)S予以匹配，其條件是,雙口網(wǎng)絡(luò)的無(wú)耗約束,雙口網(wǎng)絡(luò)的無(wú)耗約束,簡(jiǎn)單演算可知,匹配條件是,更簡(jiǎn)潔的形式為,特別應(yīng)該提及，無(wú)耗網(wǎng)絡(luò)匹配定理不單純是理論問(wèn)題，而且已經(jīng)應(yīng)用到實(shí)際中，我們要做的一個(gè)微波實(shí)驗(yàn)即采用單螺釘調(diào)配器匹配L。其中，單螺釘可調(diào)深度(即變化|S22|),也可調(diào)左右位置(即變化 )。,(19-4),雙口網(wǎng)絡(luò)的無(wú)耗約束,測(cè)

3、出|S11|=|L|,接匹配負(fù)載時(shí)，調(diào)螺釘，使|S11|=|L|,接待匹配L，左右移動(dòng)螺釘使in=0,雙口網(wǎng)絡(luò)的無(wú)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(wú)反射波。事實(shí)上，失配負(fù)載PL始終是有反射的。因此問(wèn)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|=|L|，時(shí)間要恰當(dāng)，即相位22=L，才能使它“吃完”。,圖 19-5 多次提供負(fù)載的圖象,方向變換元件包括連接元件、拐角、扭波導(dǎo)，一般情況見(jiàn)圖所示。,二、方向變換元件,圖 19-6 方向變換元件,二、方向變換元件,例3 直角拐角的網(wǎng)絡(luò)分析,圖 19-7 典型數(shù)據(jù),解

4、任何微波元件的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)都有參考面，即它對(duì)參考面等效。元件的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)是利用場(chǎng)論的方法獲得的。,二、方向變換元件,二、方向變換元件,據(jù)分析，直角拐角的反射系數(shù) ，對(duì)應(yīng)駐波比=2.618。,三、信號(hào)變換元件,信號(hào)變換元件的種類(lèi)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。,容性膜片一壓縮電場(chǎng),感性膜片一壓縮磁性,諧振窗,三、信號(hào)變換元件,根據(jù)要求，容性膜片區(qū)域把電場(chǎng)壓縮而使 ，感性膜片區(qū)域把磁場(chǎng)壓縮使 ，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(wú)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(shuō)明：有障礙未必有反射)。由特性

5、阻抗定義,三、信號(hào)變換元件,也即,這里把a(bǔ)和b看作動(dòng)點(diǎn)，即令 ,可得,(19-5),諧振窗軌跡是雙曲線方程。 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,三、信號(hào)變換元件,圖 19-9 容性膜片,(19-6),三、信號(hào)變換元件,實(shí)際上，它是由下述兩個(gè)多角形變換構(gòu)成,因此，可消去z1直接得到z與z2的變換關(guān)系,注意到z2平面已成均勻場(chǎng)，求出變換系數(shù)K,(19-7),三、信號(hào)變換元件,很易求出,(19-8),考察y和y2時(shí)均勻場(chǎng)，由于z平面的電力線彎曲有,這一塊正是膜片的電容(一半)，考慮無(wú)究條件,(19-9),三、信號(hào)變換元件,圖 19-10 Schwarz-Christo

6、ffel變換,略去 和 項(xiàng)，兩邊取對(duì)數(shù),(19-10),計(jì)及式(19-9)條件，得到,(19-11),考慮雙邊影響后的電容,(19-12),三、信號(hào)變換元件,上述結(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,最后得到,(19-13),三、信號(hào)變換元件,2. 相移器和衰減器 相移器和衰減器是最基本的兩種元件，它們可以起調(diào)節(jié)相移和衰減的作用。,三、信號(hào)變換元件,三、信號(hào)變換元件,圖 19-11 極化衰減器,特別要提及的是圓波導(dǎo)(采用H11模)極化衰減器，它利用高損耗材料的吸收片，將其中一種極化吸收掉。 如圖所示，它專(zhuān)門(mén)吸收u向極化波。,圖 19-12 極化衰減器分析框圖,因此全部變換

7、可寫(xiě)成,三、信號(hào)變換元件,我們可以用網(wǎng)絡(luò)給出完整的分析(輸入v 輸出都是y 向極化)。,也即,具體問(wèn)題中 Ex in=0，則有,三、信號(hào)變換元件,三、信號(hào)變換元件,一般做到e-al0，這時(shí)衰減,(19-15),這是極化衰減器的最基本的公式。,y模式,u模式,v模式,當(dāng)=90時(shí)理論衰減為，實(shí)際上只需計(jì)及(19-14)式可知,三、信號(hào)變換元件,maxL=8.686al50dB,(19-16),極化衰減器的最大優(yōu)點(diǎn)是與頻率無(wú)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器。,三、信號(hào)變換元件,注意：這是一種非互易網(wǎng)絡(luò)S12S21。一般正向衰減0.5dB，反向衰減20dB,四、波型變換元件,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)探針深度和短路活塞位置。,圖 19-13 同軸-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換,附 錄,APPENDIX,SCHWARZ-CHRISTOFFEL 變換,z-plane,w-plan