端口元件
微波元器件介绍
• 3、4臂相互隔离；1、2臂相互隔离；
功分器
典型的功分器有微带和腔体两种。 ①腔体功分器：
腔体功分器是同轴结构，它将输入的50Ω阻抗变换为25Ω（使用 内外导体的不同比率），25Ω阻抗可以良好的与两个输出50Ω的并联阻抗 匹配。
②微带功分器
2
1
3
Wilkinson功率分配器是在T分支上加隔离电阻形成的。 它可以进行任意比率的功率分配。 工作原理：
•
若储存的主要是电场能量，则不均匀区域相当于一个储存电能的电容；若储存的主要是磁场能量，
则不均匀区域相当于一个储存磁能的电感。
波导电抗元件
谐振窗：
3、谐振窗：
a
b
a’ b’
谐振波长：
2a
r
ab ab
2
1 b b2
• 谐振时，并联回路的电抗无穷大（相当于开路），无反射； • 失谐时，并联回路的电抗为容性或感性，反射较大； • 作用：一个谐振窗相当于带通滤波器，谐振的频率就是可通过的频率。
经过计算确定每段微带的长度、宽度，使其等效电抗值与集总元件电路中的对应电抗值的相等。
c
• 一段窄的短微带线可等效为串联电感； 3输入：1、2等幅、反相输出，4无输出；
最大正向损耗：0.
一段窄的短微带线可等效为串联电感；
一段宽的短微带线可等效为并联电容。
L Zcl 2 2v p C Ycl
vp
•用高阻抗微带短线实现串联电感
如，波导中，电感、电容就可以用波导膜片、销钉来实现，微带电 路中也可用微带间隙、分支等来实现电感、电容。
三、微带滤波器
1、低通滤波器1
• 微带电路实现方案 L
集总元件电路 L （电感）
C（交指电容）
常用二端口原件总结
常用二端口元件及其性质班级：12通信（2班）姓名：刘畅学号：1205022037二端口原件定义一些元件都有两个外接引出端子，统称为二端元件。
理想二端元件分为无源二端元件和有源二端元件两大类。
其中无源二端元件有：电阻、电感、电容等。
有源二端元件有：独立电压源、独立电流源。
1 电阻1.1 电阻定义电阻器在日常生活中一般直接称为电阻。
是一个限流元件，将电阻接在电路中后，电阻器的阻值是固定的一般是两个引脚，它可限制通过它所连支路的电流大小。
1.2 电阻性质1.2.1 电阻的基本性质由姆定律I=U/R的推导式R=U/I或U=IR不能说导体的电阻与其两端的电压成正比，与通过其的电流成反比，因为导体的电阻是它本身的一种性质，取决于导体的长度、横截面积、材料和温度，即使它两端没有电压，没有电流通过，它的阻值也是一个定值。
（这个定值在一般情况下，可以看做是不变的，因为对于光敏电阻和热敏电阻来说，电阻值是不定的。
对于一般的导体来讲，还存在超导的现象，这些都会影响电阻的阻值，也不得不考虑。
）导体中的电流，跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。
1.2.2 电阻的单位简称欧（Ω1Ω定义为：当导体两端电势差为１伏特（ν），通过的电流是1安培（Α）时，它的电阻为1欧（Ω）。
1.2.3 温度对电阻的影响一个导体的电阻R不仅取决于导体的性质，它还与工作点的温度（t°C）有关。
对于有些金属、合金和化合物，当温度降到某一临界温度t°C时，电阻率会突然减小到无法测量，这就是超导现象。
导体的电阻与温度有关。
一般来说，金属导体的电阻会随温度升高而增大，如电灯泡中钨丝的电阻。
半导体的电阻与温度的关系很大，温度稍增加电阻值即会减小很多。
通过实验可以找出电阻与温度变化之间的关系，利用电阻的这一特性，可以制造电阻温度计（通常称为“热敏电阻温度计”）。
2 电感2.1 电感的定义电感器是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。
微波技术11-常用微波元件
2a ln( ) 2 r
1
常用微波元件
•螺钉调配器
螺钉调配器调整较为方便。螺钉是低 功率微波装置中普遍采用的调谐和匹配元 件。
常用微波元件
实用时，为避免波导短路和击穿，通 常设计螺钉成容性，作可变电容用，螺钉 旋入波导的深度应小于3b/4,b为矩形波导 窄边的尺寸。
常用微波元件
扭波导
平接头
扼流接头
常用微波元件
(2) 拐角、弯曲和扭转元件 当需要改变电磁波的极化方向而不改变其传输方向时， 则要用到扭转元件。 对这些元件的要求是：引入的反射尽可能小、工作频 带宽、功率容量大。
E弯
H弯
常用微波元件 匹配元件
匹配元件的种类很多，这里只介绍膜片，销钉和螺钉匹 配器。
(1) 膜片
线性非互易元件
这类元件中包含磁化铁氧体等各向异性媒质， 具有非互易特性，其散射矩阵是不对称的。但仍 工作于线性区域，属于线性元件范围。常用的线 性非互易元件有隔离器、环行器等。
常用微波元件
非线性元件
这类元件中含有非线性物质，能对微波信号 进行非线性变换，从而引起频率的改变，并能通 过电磁控制以改变元件的特性参量。
高功率型
常用微波元件
大功率水冷匹配负载
常用微波元件
失配负载
实用中的失配负载都是做成标准失配负载， 具有某一固定的驻波比。失配负载常用于微波测 量中作标准终端负载。
失配负载的结构与匹配负载一样，只是波 导口径的尺寸b不同而已。 设b0为标准波导窄边尺寸，b为失配负载波 导的窄边尺寸，由于
Z Z0 Z Z0
常用微波元件
二端口元件可以等效为二端口网络，其散射 矩阵为
S11 S S 21
一端口电路元件的有源性
一端口电路元件的有源性
对于线性时不变电阻，电容和电感元件来说，其 无源性的充分必要条件分别是它们的电阻值、电 容值和电感值为非负，例如对于具有非负电容值 的线性时不变电容元件，在任意时刻均有
1 2 w(t ) CVC (t ) 0 2
件是无源的，否则就是有源元件。
一端口电路元件的有源性
由这个判据可知：
(1)无源元件的w(t)在任意时刻以及对于所有容许的v(t)与i(t) 都必须 是非负的，即使只在一个时刻或一对电压、电流的组合值不满足上 述判据，则该元件必为有源的，因此一个电路元件要么是有源的， 要么是无源的，绝不可能既是有源元件，又是无源元件，比如说， 在某一时刻或某个时段内，取某些电压、电流的组合值时为无源元 件，在其他情况下为有源元件之类的说法都是错误的； (2)无源元件从不向外电路提供能量； (3)对于电阻元件，由此判据可引出一个更为直接的判据，即如果其 电流电压取关联参考方向，并在所有的时间内，电阻元件的特性曲 线都位于v-i平面的第一、三象限也就是说，被积函数v(t )i (t ) 0 则是无源的，而如果其特性曲线只要有处于v-i平面的第二、四象限 的部分，即使只在某一瞬刻，按上述判据，它就必定为有源元件。
一端口电路元件的有源性
一端口电路元件的有源性
二端元件无源性的判据： 对一个二端元件来说，在其电压v(t)与电流i(t) 取关联参考方向的情况下，若对所有时间t以及所 有容许的v(t)与i(t)的可能组合，当且仅当其吸收 的能量w(t)为
w(t ) v(t )i(t )dt 0
02-1 二端口元件概述课件
因变量
u1、u2 i1 、 i2 u1 、 i2 i1 、 u2 u2、i2
u2、i2
u1、i1
方程 Z参数方程 Y参数方程
H参数方程 G参数方程 T参数方程 T'参数方程
1 i1
1u1
二端口 元件
i2 2 u2 2
2
电流控制电流源
理想变压器
② 在复杂电路中可以将二端口元件看成一个“黑匣子”。
研究对象：由线性元件和受控源构成的二端口元件。
二端口元件概述
如何描述二端口元件的特性？ 通
过端口电压与电流之间的关系来 描述二端口元件的特性。
• 两个端口、四个变量
自变量
i1 、 i2 u1、u2 i1、u2 u1、i2 u1、i1
主讲老师 : 李 季
第39讲 二端口元件
二端口元件概述
什么是二端口元件 为什么要研究二端口元件 如何描述二端口元件的特性
二端口元件概述
端口
由一对端钮构成，且从一个端钮 流入的电流等于从另一个端钮流出的 电流。
二端口元件
具有两个端口与外电路相连的电路， 不管其内部结构如何，总可以看成一个 具有两个端口的元件，称为二端口元件。
i2 2
i3
1
3
2
三端元件
1 i1 1 i1
i2 2
i
2
2
二端口元件！
结论：三端元件可以看成具有公共端的二端口元件。
二端口元件概述
为什么要研究二端口元件？
① 二端口元件在通信、电子技术、控制系统中
等都非常有用。
1 i1 u1
1
i2 2
i 1
u2
2
1 i1 n : 1 u1
9_三端口元件性质
0 [S ] S12 S13
环形器
0 0 1 [S ] [SR ] 1 0 0 0 1 0
3
S21=1表示由端口1 输入的功率完全传输到 端口2，而S31=0表示由 端口1输入的功率不能传 输到端口3。 同理，另一种情 况[S]=[ST]
0 1 0 [ S ] [ ST ] 0 0 1 1 0 0
由无耗网络的幺正性 [ S ] [ S ] [1] 有
(1,1) (2,2) (1,2)
S 12 S 13 1 S 12 S 23 1
2
S13 S 23
得
S13= S23 =0 图
* S 13 S 23 0
0 [ S ] S12 0
S12 0 0
2 2
2
2
(2 a ) (2 b )
S 13 S 23 1
2
2
(2 c )
S 1*3 S 2 3 0
(2 d )
由( 2- d ) 设 则由( 2-a ) 得
S13 0 S23 0
S12 1
代入( 2-b ) ，应有 S 23 0 , 与( 2-c ) 相矛盾。
0 S11 S 22 0 0 S13 S31 0 S33 S S 0
23
32
实际上， 此时网络退 化成全通的 二端口网络 (相当于一 段传输线)。 ①
第二章 二端电阻性元件
i
i + i u u
-
2-1 电阻元件
2-1-3 线性时变（LTV）电阻元件 1、特性曲线与方程 i + R(t) u u R(t2) R(t1)
R(t3)
-
0
i
u=R(t)i i=G(t)u
2、与LTI电阻元件的比较 R i +
i
R(t)
u 设 i=Imsinω0t
第二章 二端电阻性元件
华中科技大学 电气与电子工程学院 电路理论课程组
第二章 二端电阻性元件
引言 二端电路元件 （一端口元件） 关于电路元件的划分 视其构成关系 i 元件 i
（哪些物理量的瞬时值之间构成确切的代数关系） 电阻性元件：任一时间的电压和电流之间构成确切代数关系
2-1 电阻元件
主要电磁特性
5Ω
6Ω
5Ω
a cd
a
d 例 （见教材习题2-11c） a b b a
R1 R5 R2 R8 R6 R9 R7 R3 R4 R10
12.5Ω b
7Ω
Rab =
R1 R2
12.5 × 7 87.5 = = 4.487Ω 12.5 + 7 19.5
b
a
a
b
a
R10
b
华中科技大学 电气与电子工程学院 电路理论课程组
正极 负极
i + u
-
0
u
i
（2）理想二极管 0
华中科技大学 电气与电子工程学院 电路理论课程组
u
2-1-4 非线性时不变电阻元件 2、一些典型的非线性时不变电阻元件的特性曲线 （3）热敏电阻器 i + u u Um
1-3 电路元件
u L di dt
直流时u=0相当于 短路
i 1
t u( )d =i(0) + 1
t
u( )d
L
L0
初始条件
记忆元件
电感元件
能量
W (t) t u( )i( )d L t d i( ) i( )d L i(t) i( )d i( )
d( )
i ( )
1 Li2 (t) 1 Li2 ()
2
2
1 Li2 (t) 2
i(-∞)= 0
无源元件 储能元件
设在 时刻电感电流为 i(t1)， 时刻电感电流为 i(t2 )
W (t) L
i(t2 ) i(
i(t1 )
)di
1 2
Li2 (t2 )
1 2
Li2 (t1)
若 i(t1) i(t2 )
W =0
无损元件
电感元件
电感元件
忆阻器
电容的u、i关系
Cq u
q=Cu
i dq dt
i C du dt
u、i 为关联参考方向
动态元件
直流时i=0相当于 开路
1
u(t) C
t
i( )d
1 C
0 i( )d 1
C
t
i( )d
0
u(0) 1
t
i( )d
C0
初始条件
记忆元件
电容元件
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符号
控制量
电压、电流
受控量 四种受控源
电压源、电流源
受控源
名称
电压控制电压源VCVS
电流控制电压源CCVS
voltage controlled voltage source current controlled voltage source
第6.3章三端口元件
由上述E-T的特性有； S13 S 23 即输出等幅反相。 由无耗网络S矩阵的幺正性：
S11 S12 S13
2 2 2 2 2
1 1
S12 S11 S 23
2
(8.3-18a~c)
S13 S 23
2
2
1
* * * S11 S12 S12 S11 S13 S 23 0 * * S11 S13 S12 S 23 0 * * S12 S13 S11 S 23 0
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。
证明：假定互易网络的端口1和端口2为匹配端口
则
由幺正性可得：
0 S S12 S13
S12 0 S 23
S13 S 23 S 33
S13 S 23 S13 S 23 0 S12 S 33 1
性质 1
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：
轾 S12 S13 0 犏 S [S ]= 犏21 0 S 23 犏 犏 S S 臌31 32 0
又由网络互易可知：Sij=Sji，即有S12=S21、S13=S31、 S23=S32，
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。
对于无耗T形接头，传输
线模型如图。
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：
1 1 1 Yin jB Z 01 Z 02 Z 0
2014第2章(2.2) 二端口 电路元件
ε
Oε
ui
-U sat
这里ε是一个数值很小的电压，例如Usat=13V, A =105，则ε=0.13mV。
3. 电路模型 u a R in u+ b Ro + + - u-) A ( u _ uo _ _ A ui + u+ b + + ua
uo
R in ：运算放大器两输入端间的输入电阻。 Ro：运算放大器的输出电阻。
+ + Us U1 － － R1 R2 gU1 RL + UL － 受控源发出功率P=(gU1)2Rl 但若独立源Us=0时，U1=0,P=0。 可见，受控源提供的能量是 6 靠独立源转换来的。
【例1】 求下图电路开关S打开和闭合时的i1和i2。
i
10V
5 5
i1 2i i2
S
S打开：i1=0
5
3. 受控源与独立源的异同点 相同点：受控源与独立源均为有源元件。
到任意t为止，送入受控源输出端口的能量 有可能为负值，具有“源”的外特性。P37例
eg.
不同点：● 独立源能独立地向网络提供能量或 信号，反映着外界对网络的激励作 用，是网络产生响应的唯一原因。 ●受控源不能独立的向网络供出功率，只能通过 耦合关系将独立源产生的功率转移过来供给网 络（受控源本质上反映的是模型中的某种耦合关系）。
u1 = 0
i2=βi1 β-电流放大系数 βi1 u2 3 u2=arby
－
Notes:
受控源是一种以控制支路为入口,以被控支路 为出口的二端口元件。 “理想”受控源不仅表现在被控制端口的电源 无内阻,无内部功耗, 输出恒定, 而且表现 在控制端口无功率输入。即受控源不从控 制支路吸取功率,故控制变量为u1时, i1 =0； 控制变量为i1时, u1 =0。 当控制量为零时，Ucs的端口短路； Ics的端口开路。
新微波第8章 常用微波元件
一端口元件是一类负载元件，种类不多。 常用一端口元件：
短路负载 匹配负载 失配负载
短路负载（短路器） (Short-circuiting load)
作用：将电磁被能量全部反射回去。
结构：将波导或同轴线的终端短路(用金属导体全部封闭起来) 即构成波导或同轴线的短路负载。
实：短路负载都做成可调的，称可调短路活塞。
主要技术指标
工作频率 输入驻波比
功率容量
按吸收功率大小分类
低功率负载(小于1w) 高功率负载(大于1w）
低功率匹配负载
高功率匹配负载
构造原理：与低功率负载同，还需考虑热量的吸收和发散问题。
吸收物质可以是固体(如石墨和水泥混合物)或液体 (通常用水)。 水负载：水作吸收物质，水流动携出热量。在波导终端安装劈形 玻璃容器，其内通水以吸收微波功率；进水吸收微波功率后温度升 高，根据水的流量和进出水的温度差可测量微波输出功率值。
输入阻抗
Zin jZ0tg
其中：Z0为波导或同轴线的特性阻抗，θ＝2πl/λg， l 是短路面与参考面之间的长度，λg为导波波长。
短路活塞(shorting piston)
主要要求：
①接触处的损耗小，其反射系数的模应接近1; ② 当活塞移动时，接触损耗的变化要小； ③大功率运用时，活塞与波导壁(或同轴线内外导体壁) 间不应发生打火现象。
扼流式活塞
形式：有效短路面不在活塞与传输线内壁直接接触处。
优点：损耗小，且损耗稳定 。 缺点：活塞太长；
频带窄，带宽一般10～15％。
匹配负载
概念：是一种能全部吸收输入功率的一端口元件。
结构：一 段终端短路的波导或同轴线，其中放有吸波物质。
用途：微波测量中常用作匹配标准； 调整仪器和机器(如调整雷达发射机)时用作等效天线。
常用微波元件
如果 S12 1 S11 S22 0
令S11 S11 e j(S11) , S12 S12 e j(S12 )
S21
S12 e , j(S12 ) S22
S e j(S22 ) 22
由公式(3)、(4)有
S e S e S e S e 0 j(S11)
Z Z0 Z Z0
Z0为标准波导的等效特性阻抗，Z为失配负载波导的 等效特性阻抗。从而驻波比可以表示为：
1
1
如果Z
Z0
Z Z
Z0 Z0
1 Z Z0 Z Z0 2Z Z
1 Z Z0 2Z0 Z0 Z Z0
由于TE模的等效阻抗只和波导的b / a相关(见3.1 51),而失配负载的宽边a相同
（3）功率容量：具有一定的功率容量。 通常将功率容量<1W的称为低功率负载， 将功率容量>1W的称为高功率负载。
如图所示，低功率匹配负载由短路金属波导及在其内部 沿电场方向放置劈型或楔型吸收片(通常由陶瓷、玻璃等 薄片介质涂以金属粉末制成[将导致表面接触电阻])，为 了获得好的吸收性能，通常吸收片的长度为1~2个波导波 长。
b b0
1
1
如果Z
Z0
Z0 Z0
Z Z
1 Z0 Z
Z0 Z 2Z0 Z0
1 Z0 Z 2Z Z Z0 Z
由于TE模的等效阻抗只和波导的b / a相关(见3.1 51),而失配负载的宽边a相同
b0
b
从上面的公式可以看出，对于不同的驻波比可以选择 不同的失配负载波导的窄边。
第四章多端元件电路
第四章 多端元件电路4.1 常用多端元件的模型多端元件指超过三个引出端子的元件。
实际上，常用多端元件一般指四端元件，含多个引出端子的复杂集成电路通常不在考虑之列。
四端元件即二端口元件，凡含一个输入端口、一个输出端口和元件均属此类。
一般的二端口元件有下列几种。
一、四种类型的受控源（1）电压控制电压源。
其模型如图 4.1-1所示，定义为)(,0121v f v i ==，其中11:E E f →为连续函数。
图4.1-1 电压控制电压源（2）电压控制电流源。
其模型如图 4.1-2所示，定义为)(,0121v f v i ==，其中11:E E f →为连续函数。
图4.1-2 电压控制电流源（3）电流控制电压源。
其模型如图4.1-3所示，定义为)(,0121i f v v ==其中11:EE f →为连续函数，图4.1-3 电流控制电压源（4）电流控制电流源。
其模型如图4.1-4所示。
定义为)(,0121i f i v ==，其中11:E E f →为连续函数。
图4.1-4 电流控制电流源这四种受控源的定义式可直接写入基尔霍夫电流及电压方程中进行计算，亦可直接代入SPICE 程序中进行运算。
二、运算放大器（1）理想运算放大器。
其外特性原理图如图4.1-5所示。
定义为0,011==v i ，2i 与2v 之间的关系由接在输出端口的负载决定。
其模型可以方便地用两种人造二端元件实现。
这两种元件是全零器（nullator ），或称零子及无定器（norrtor ），或称极子。
它们的标志分别如图4.1-6（a ）和（b ）所示。
全零器的定义为0,0==v i 。
无定器的定义为：v i 、均可为任意值（即无定），完全取决于电路中其他元件及基尔霍夫定律。
图4.1-5 理想运算放大器 图4.1-6 两种人造二端器件（a ）全零器（b ）无定器用全零器和无定器实现的理想运算放大器的模型如图4.1-7所示。
显然，这个模型完全体现了理想运算放大器的定义式。
微波技术微波技术第五章(1)
当GA、GB 都远小于1 时，在A-A’处的总反射系数可近似为
令q = l，得
j 2l0
G = G = GA GBe 4 G = GA GBe j2q = GA (1+e j2q )
= GAe jq (e jq e jq ) = 2GAe jq cos q
(3-158)
以保证接头处 (如图示1、2之间) 有良好的电接触。扼流接头安装方
便、功率容量大；但频带较窄。
扼流接头
平接头
2. 拐角、弯曲与扭转元件
改变电磁波的传输方向用拐角、弯曲元件；改变电磁波的极化
方向而不改变其传输方向用扭转元件。要求r 小、频带宽、功率容 量大。为使反射最小, 拐角和扭转段长度l =(2n+1)lg/4。E面弯波
Γ = Z Z0 Z Z0
1
r=
1
Γ Γ
=
Z
e
Z
=
b
a
b
Z0 b0
Z0 = b0 Zb
(Z Z0) (Z Z0)
(5 5) ( 5 – 6)
第二节 二端口元件
无耗二端口网络的基本性质（已在课件第四章(1) 讲解）
一、连接元件 连接元件的作用是将作用不同的微波元件连接成完整的系统。 要求接触损耗小, 驻波比小, 功率容量大, 工作频带宽。 这里只介绍单纯起连接作用的接头、拐角、弯曲和扭转元件。
Rmax Z0 Rmax Z0
B-B’处的局部反射系数为
GB
=
Rmax Rmax
Z01 Z01
=
Rmax Rmax
电网络分析简单题总结——仅供参考
电网络分析简单题总结——仅供参考1、电网络的基本变量有哪些,这些基本变量各有什么样的重要性质,基本变量是电流i、电压u、电荷q、磁通, ,重要性质有电流的连续性、在位场情况下电位的单值性、电荷的守恒性、磁通的连续性2、什么叫动态相关的网络变量偶,什么叫动态无关的网络变量偶,在电网络的变量偶中～哪些是动态相关的网络变量偶,哪些是动态无关的网络变量偶, 在任一端子上～基本网络变量之间存在着不依赖于元件性质的关系的一对变量称为动态相关网络变量偶。
例如和～因(u,,)(i，q)kkkk,()()dtdqtkku(),i(),tt为:、。
kkdtdt不存在不依赖于元件N的预先规定的关系的二基本变量被称为动态无关变量。
例如、、、。
(u,i)(u,q)(i,,)(q,,)kkkkkkkk3、电网络中有哪几类网络元件,这些网络元件是如何定义的,它们的特性方程分别是怎样的,电网络中有四类网络元件～分别是电阻类元件、电容类元件、电感类元件、忆组类元件。
如果一个n端口元件的端口电压向量u和端口电流向量i之间的f(u(t),i(t),t),0代数成分关系为～则称该元件为n端口电阻元件～其R f(u(t),i(t),t),0特性方程为。
R,如果一个n端口元件的端口电流向量i和端口磁链向量之间的f(i(t),,(t),t),0代数成分关系为～则称该元件为n端口电感元件～其L 特性方程为。
f(i(t),,(t),t),0L如果一个n端口元件的端口电压向量u和端口电荷向量q之间的代数成分关系为～则称该元件为n端口电容元件～其f(u(t),q(t),t),0C特性方程为。
f(u(t),q(t),t),0C如果一个n端口元件的端口电荷向量q和端口磁链向量之间的,代数成分关系为～则称该元件为n端口忆组元件～其f(q(t),,(t),t),0L特性方程为。
f(q(t),,(t),t),0L4、什么是端口型线性网络,端口型线性网络与传统的线性网络之间有什么样的关系,若一个n端口网络的输入/输出关系由积分算子微分算子D确定～当D既具有齐次性又具有可加性时～此网络称为端口型线性网络。
PLC输出端口连接元器件
在之前的文章中，我们已经介绍过输入端口元器件，那么这次介绍一下输出端口元器件。
输出端口主要是向外部发出开关量信号、数据量信号和脉冲信号去控制外部负载的。
PLC输出端口有三种输出方式：继电器输出、晶体管输出和可控硅输出。
这三种输出方式连接的负载会有所不同。
对于PLC的输出端口，它仅仅只是一个控制开关，继电器输出为有触点开关，晶体管输出和可控硅输出为无触点开关。
PLC输出控制外部负载的时候，负载的电源是由外部提供的。
根据负载使用电源的性质，可分为直流负载和交流负载。
对于继电器输出的PLC 可以接直流负载，也可以接交流负载；晶体管输出的PLC只能接直流负载；可控硅输出的PLC只能接交流负载。
所以我们在选择负载的时候要注意一下负载的电源类型。
一、开关量输出负载
开关量输出负载有阻性负载和感性负载这两种类型。
阻性负载有指示灯、电阻丝等。
感性负载包括各种电磁继电器、接触器、电磁阀、电磁铁等。
二、数据量输出负载
把连续编号的一组输出开关量作为一个整体输出，这就是二进制数据量输出设备。
常用来控制如七段数码显示管或打印机等元器件。
使用的时候需要注意的是，必须使用晶体管输出的PLC。
三、脉冲信号输出设备
PLC有指定的输出口为高速脉冲输出口，这个输出口主要用来与伺服驱动器或步
进驱动器相连接，通过发送高速脉冲，从而驱动伺服电机或步进电机作定位控制。
以上就是PLC输出端口连接的元器件，这些元器件我们都是会应用到的，大家还要另外学习了解这些元器件的相关知识哦。
定向耦合器结构原理及各项指标说明
定向耦合器是一种具有定向传输特性的四端口元件，它是由耦合装置联系在一起的两对传输系统构成的，它是微波功率分配器件的一种。
一、结构原理：图中“①、②”是一条传输系统，称为主线；“③、④”为另一条传输系统，称为副线。
定向耦合器是四端口网络，端口“①”为输入端，端口“②”为直通输出端，端口“③”为耦合输出端，端口“④”为隔离端。
二、耦合器型号较多如从结构上分一般分为：微带和腔体2种。
腔体耦合器内部是2条金属杆，组成的一级耦合。
微带耦合器内部是2条微带线，组成的一个类似于多级耦合的网络。
三、主要指标：耦合度、隔离度、方向性、插入损耗、输入输出驻波比、功率容限、频段范围、带内平坦度。
以下对各项指标进行说明:耦合度：信号功率经过耦合器，从耦合端口输出的功率和输入信号功率直接的差值。
（一般都是理论值如：6dB、10dB、30dB等）耦合度的计算方法：如上图所示。
是信号功率C-A的值比如输入信号A为30dBm 而耦合端输出信号C为24dBm 则耦合度＝C-A＝30-24＝6dB，所以此耦合器为6dB耦合器。
因为耦合度实际上没有这么理想，一般有个波动的范围，比如标称为6dB的耦合器，实际耦合度可能为：5.5~6.5之间波动。
隔离度：指的是输出端口和耦合端口之间的隔离；一般此指标仅用于衡量微带耦合器。
并且根据耦合度的不同而不同：如：5－10dB为18～23dB，15dB为20～25dB，20dB（含以上）为：25～30dB；腔体耦合器的隔离度非常好所以没有此指标要求。
计算方法：如上图指的是图中的淡蓝色曲线上的损耗，使用网络分析仪将信号由B输入，测C处减小的量即为隔离度。
方向性：指的是输出端口和耦合端口之间的隔离度的值再减去耦合度的值所得的值，由于微带的方向性随着耦合度的增加逐渐减小最后30dB以上基本没有方向性，所以微带耦合器没有此指标要求，腔体耦合器的方向性一般为：1700～2200MHz时：17～19dB，824～960MHz时：18～22dB。
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1）波导定向耦合器 定向耦合器中[S04]中，
①~②线称为主线， ③~④线称为副线。
孔（槽缝）、分支线、耦合线段等。 作用：功率测量或监视装置，组合或反射计等。
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a. 孔耦合
单孔耦合器。为获得定向性，该单孔需用开在两个矩 形波导的公共宽壁上。
0 jT jC
S
0
jC
jT
jT jC 0
jC
jT
0
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性质 3 有两个端口匹配且相隔离的无耗互易四端口 电路必然为一理想定向耦合器，且其余两个 端口亦匹配并相互隔离。
（可由其幺正性得到证明）
0 S12 S13 0
S04
S12 S013
0 0 S24
0 0 S34
S14
0 S23 0
S23 0 S34
0
S34 0
0 S12 S13 0
对于(c)， 则有 （常用的一种情况）
S04
S12 S013
0 0 S24
0 0 S34
S24
S34 0
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性质2 有理想定向性的无耗互易四端口网络不一定 四个端口均匹配，即是说四个端口匹配是定 向耦合器的充分条件，而不是必要条件。
1．无耗互易四端口网络的基本性质
性质1
无耗互易四端口网络可以完全匹配， 且为一理想定向耦合器。
性质2 性质3
有理想定向性的无耗互易四端口网络 不一定四个端口均匹配，即是说四个 端口匹配是定向耦合器的充分条件， 而不是必要条件。
有两个端口匹配且相互隔离的无耗 互易四端口电路必然为一理想定向 耦合器，且其余两个端口亦匹配并 相互隔离。
0 0 S24
0 0 S34
S24
S34 0
轾犏0 1 - j 0
轾犏0 1 1 0
[S04 ]S = 0.707 犏犏犏犏-1j
0 0
0 0
-j 1
[S04 ]U = 0.707 犏犏犏犏11
0 0
0 -1 01
犏犏臌0 - j 1 0
犏犏臌0 - 1 1 0
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耦合端口的耦合系数为
一般为窄带滤波器。公共宽臂（或窄臂）上相距 g0 / 4 的
双孔耦合器。如图。
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设电磁波由端口①输入，大部分波向端口②传输，一部分
波通过两个孔耦合到副波导中。由于两孔相距 g0 / 4，结
果在端口③方向的波相位同相而增强，在端口④方向则因 相位反相而相互抵消。
S24
S34 0
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S参数小结：
①匹配 ②隔离 ③传输
Sii 0
Sij 0
Sij 0
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0 S12 S13 0
S04
S12 S013
0 0 S24
0 0 S34
S24
S34 0
2．定向耦合器的技术参数
以常用的互易无耗[S04] 为例。由其幺正性
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理想定向耦合器
一个可逆无耗四端口网络，各个端口完全 匹配，有一个端口同输入端口完全隔离， 输入功率在其余两个端口上分配输出，这
种网络称为理想定向耦合器。 如①口为输入端口，其它三个为输出口或隔离口。由隔离 口的端口的不同，其相应的矩阵为[S02]、[S03]、[S04] 。
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0 0
S04 U
0 0
0
0
0
0
注意：这两种耦合器的区别仅在于参考面的选取不同，
而振幅α和β不是独立的。而具有关系
2 2 1
因此除相位参考面以外，理想定向耦合器仅有一个自由度。
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这种定向耦合器的常用符号如图所示。
例：
0 S12 S13 0
S04
S12 S013
设TE10模由端口1入射，其场分量可以写成
Ey
E10
sin
x
a
e
jz
Hx
E10 Z10
sin x e jz
a
Hz
jE10 Z10
cosx e jz
a
Ex Ez H y 0
式中 Z10 k00 / 是TE10模的波阻抗。
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b. 波导双孔定向耦合器
单孔耦合器的缺点是频带窄。采用双孔耦合器可展宽频带，
即S13和S24的相位选取相同，其S矩阵为：
0 j 0
S04 S
j
0 0
0 0
j
0
j
0
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2）不对称耦合器 0,
S12 = S34 = a , S13 = b e j0 = b , S24 = b e jp = - b
即S13和S24的相位相差180o，其S矩阵为
S13 2 2
直通端口的耦合系数为
S12 2 2 1 2
表征定向耦合器性能的主要参数是耦合度C、定向 性D 和隔离度I，以[S04]定义如下：
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耦合度(表明输入与耦合之间的关系) :
C 10lgபைடு நூலகம்
P1 P3
10lg
1 S13
2
20lg
(dB)
定向性(表明耦合线上耦合端口与隔离端口之间的关系):
其中 和β为实数，θ和φ为待定相角，由[S04]的
第二行与第三行相乘，得
S S * [u]
S1*2 S13
S
* 24
S
34
0
e j e j 0
则得 2n
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可得实用中两种特殊选择：
1）对称耦合器：
2
jp
jp
S12 = S34 = a , S13 = b e 2 = jb , S24 = b e 2 = jb
S12 2 S13 2 1 S12 2 S 24 2 1 S13 2 S 34 2 1 S 24 2 S 34 2 1
由前两式
S13 S24
由①③两式
S12 S34
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为进一步简化，我们选取四个端口上的相位，使
S12 S34 , S13 e j , S24 e j
性质1 无耗互易四端口网络可以完全匹配，且为一 理想定向耦合器。
（可由互易网络的幺正性证明。） 对于上图中(a)，其散射矩阵为：
0 0 S13 S14
S02
0
SS1143
0 S23 S24
S23 0 0
S24
0
0
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对于(b)，则有
0 S12 0 S14
S03
S12 0
D 10lg P3 20lg
(dB)
P4
S14
隔离度(表明输入端口与隔离端口之间的关系)：
I
10lg
P1 P4
20lg S14
(dB)
此三参数有如下关系： I D C
一理想的定向耦合器应具有无限大的定向性和隔离度
（S14=0），α和β则可根据给定的耦合度C求得。
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3．定向耦合器的分析与设计