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第19章
双口元件
Two - Port Element
双口元件是在微波中应用最多的一种元件,按功能分类如下图所示。与单口元件相似,双口元件一般采用网络理论进行分析。但是,在这里值得指出:元件的网络参数本身还是需要用场论方法求得,或者实际测量得到。从这个意义上讲,场论是问题的内部本质,而网络则是问题的外部特性。
双口元件
方向变换
信号变换
波形变换
连接元件,拐角,扭转
移相器,衰减器,滤波器
同轴波导转换,方圆转换
一、双口网络的S参数
已经知道,双口网络可以用S参数加以表示。
图 19-2 双口网络的S参数
(19-1)
双口网络的无耗约束
对于一般的[S]+[S]=[I]具体到双口网络是
展开可得
具体写为
(19-2)
(19-3)
上式中第一个称为振幅条件,第二个称为相位条件。
双口网络的无耗约束
[例1]特性阻抗阶跃,如图所示。如果忽略其不连续电纳jB,则构成反对称网络,即
S22=-S11
图 19-3 反对称网络
[解]:根据S参数的定义可知
双口网络的无耗约束
很明显有 S22=-S11, 但|S11|=|S22|
[例2] 无耗网络匹配定理
[定理] |L|≠1,采用无耗网络[S]予以匹配,其条件是
双口网络的无耗约束
双口网络的无耗约束
简单演算可知
匹配条件是
更简洁的形式为
特别应该提及,无耗网络匹配定理不单纯是理论问题,而且已经应用到实际中,我们要做的一个微波实验即采用单螺钉调配器匹配L。其中,单螺钉可调深度(即变化|S22|),也可调左右位置(即变化)。
(19-4)
双口网络的无耗约束
测出|S11|=|L|
接匹配负载时,调螺钉,使|S11|=|L|
接待匹配L,左右移动螺钉使in=0
双口网络的无耗约束
为了加深印象,进一步讨论共轭匹配的物理意义。首先要看到,所谓匹配仅仅是网络前端无反射波。事实上,失配负载PL始终是有反射的。因此问题的核心是要把反射的功率,再次“喂给”负载,恰如给婴孩喂食。振幅要恰当|S22|=|L|,时间要恰当,即相位22=-L,才能使它“吃完”。
图 19-5 多次提供负载的图象
方向变换元件包括连接元件、拐角、扭波导,一般情况见图所示。
二、方向变换元件
图 19-6 方向变换元件