【正文】 jHjH HHa jGjG j GGH jH jHHHHH?? ?????? ???? ???? ?? ????? ??????? ?? ??? ????（ ） 99 已知 227。參量后，換算為 s參量，得到奇偶模的反射系數(shù)和傳輸系數(shù)分別為 221()21 ()eGjHHHGGjHH H H????? ? ? ?221()21()oGjHHHGGjHH H H????? ? ?2221()eTGGjHH H H?? ? ? ?2221()oT GGjHH H H?? ? ? （ ） （ ） （ ） （ ） 100 由式（ ）， 定向耦合器端口 1的反射系數(shù) s11為 s11＝ (Гe+Гo)/2， 由式（ ）， 端口 1至端口 4的傳輸系數(shù) s41為 s41＝ s14＝ (Гe－ Гo)/2 作為理想定向耦合器應(yīng)有 s11＝ 0， s41＝ 0。故令 Гe＝ 0， Гo＝ 0。 即 2 1 0G HHH? ? ?亦即 22 1GH?? () 將上式代入式（ ）、式（ ），得 Te=H/(jG), To=H/(j+G)。 101 由式（ ）， 端口 1至端口 3的傳輸系數(shù) s31為 3 1 1 3 221eoTT GHssG? ?? ? ?? （ ） 由式（ ）， 端口 1至端口 2的傳輸系數(shù) s21為 2 1 1 2 221eoTT jHssG? ?? ? ??（ ） 上述二式表明， 端口 2和 3的輸出電壓相位差為 π/2。上面的分析結(jié)果也表明， 當(dāng)分支線定向耦合器的各臂特性導(dǎo)納滿足一定關(guān)系時(shí)，其輸入口無(wú)反射，隔離臂無(wú)輸出，以及直通臂和耦合臂的輸出電壓間有 π/2的相位差 ，這些正是理想定向耦合器的主要特征。 102 由式（ ），該定向耦合器的耦合度為 L=20lg(1/|s13|)=20lg[(G2+1)/GH ] (dB) 當(dāng)功率平分耦合 ，即 3dB定向耦合器，或稱之為電橋時(shí)，應(yīng)有 2 12GGH ? ? （ ） 式（ ）與式（ ）聯(lián)立，解得 G=1, H=21/2 此即為電橋各臂的歸一化特性導(dǎo)納值 。可見(jiàn)上述電橋的散射矩陣為 ? ?0 1 00 0 111 0 020 1 0jjsjj?????????????????103 圖 歸一化特性阻抗值 ，并說(shuō)明了它的一種主要用途 —— 微帶平衡混頻器 。由于端口 1和4互相隔離，故本振和信號(hào)互不影響，且本振功率和信號(hào)功率皆平分地加到兩個(gè)混頻二極管上，同時(shí)由于微帶線具有半開放的傳輸線和平面電路的結(jié)構(gòu)，混頻晶體管很容易連接在端口 2和 3上，其結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單性和緊湊性是不言而喻的。 圖 微帶平衡混頻器 104 微帶環(huán)形定向耦合器 微帶環(huán)形定向耦合器，又稱微帶環(huán)形電橋，如圖 ，其 各引出臂的歸一化特性導(dǎo)納為 1，環(huán)形導(dǎo)帶分成四段，它們的歸一化特性導(dǎo)納分別為 H1和 H2。這種微帶環(huán)形定向耦合器上下結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，但左右結(jié)構(gòu)不再對(duì)稱 ，故其散射矩陣可寫為 ? ?11 12 13 1412 22 23 1313 23 22 1214 13 12 11s s s ss s s sss s s ss s s s????????? 采用奇偶模分析法。首先討論端口 1和端口 4奇偶模激勵(lì)的情況，以求出散射參量 s1 s1 s1 s14。 105 端口 1和端口 4偶模激勵(lì)時(shí)，對(duì)稱面 AA上為電壓波腹點(diǎn)，即開路點(diǎn)， 環(huán)被分成以 AA面為界的 12線和 43線兩個(gè)獨(dú)立的相同的二端口網(wǎng)絡(luò)。 二端口網(wǎng)絡(luò)的偶模等效電路如圖 （ a）所示。 圖 環(huán)形定向耦合器 圖 端口 1和端口 4奇偶模激勵(lì)時(shí)的環(huán)形定向耦合器的奇偶模等效電路 106 二端口網(wǎng)絡(luò)的奇偶模等效電路的總歸一化 227。矩陣分別為 122221 211122 2222110 0010eHjHHHjHa jHj j H HjHjHH HHHHH?????? ?????? ?????? ?? ??? ???? ???? ???? ???????? ??122 221 21 112 2222221 10 0010oHjHH HHja jHjH j jH HH jHHHHHH?? ??????? ???? ?????? ?? ?????? ?? ????? ???????????端口 1和端口 4奇模激勵(lì)時(shí)，對(duì)稱面 AA上為電壓波節(jié)點(diǎn)，亦即短路點(diǎn)，二端口網(wǎng)絡(luò)的奇模等效電路如圖 （ b）所示。 107 由 227。參量轉(zhuǎn)換為 s參量，得到奇偶模的反射系數(shù)和傳輸系數(shù)分別為 221 2 12212121eH H jHHH???????221 2 12212121oH H jHHH???????2221221ejHHH?????2221221ojHHH????? （ ） （ ） （ ） （ ） 108 對(duì)于理想定向耦合器應(yīng)有 221211 22121 021eo HHsHH? ? ? ??? ? ???即 2212 1HH?? （ ） 將式（ ）、式（ ）代入式（ ）得 s13=(TeTo)/2=0 可見(jiàn)端口 3是隔離口。 109 由式（ ）、（ ）可得 212 2212221eoTT jHsHH? ?????（ ） 114 2212221eo jHsHH? ? ? ????? （ ） 可見(jiàn) 4兩端口輸出電壓同相位 。 以上分析表明， 信號(hào)從環(huán)形定向耦合器的端口 1輸入時(shí)， 4兩端口電壓同相輸出，端口 3是隔離口 ，從圖 一點(diǎn)。當(dāng)信號(hào)從端口 1輸入時(shí)，在環(huán)帶上分成上下兩路傳輸，這兩路信號(hào)由于存在著路程差，所以有上述情況發(fā)生。 110 對(duì)于 3dB定向耦合器， H1=H2＝ 21/2 111 對(duì)于 3dB定向耦合器，歸一化特性阻抗 H1=H2＝ 21/2 ，即環(huán)帶的特性阻抗為引出臂的 21/2倍。整個(gè)環(huán)帶的寬度是均勻的。 當(dāng)信號(hào)從環(huán)形電橋的端口 1輸入時(shí)，端口 2和 4將有等幅同相電壓輸出，端口 3為隔離口；當(dāng)信號(hào)從環(huán)形電橋的端口 2輸入時(shí)，端口 1和 3將有等幅反相電壓輸出，端口 4為隔離口?？梢?jiàn)微帶環(huán)形電橋的特性與波導(dǎo)魔 T相似。 環(huán)形電橋與前述的二分支電橋相比具有較寬的頻帶特性，但由于其隔離臂夾在兩平分臂之間，在平衡混頻器的應(yīng)用中為得到平衡輸出，在結(jié)構(gòu)上帶來(lái)困難。 圖 環(huán)形電橋 信號(hào)和本振輸入、二混頻管連接，在結(jié)構(gòu)上困難 112 圓極化器 圓極化器的功能是將線極化波變換成圓極化波 。圓極化器的結(jié)構(gòu) 如圖 。在一段圓波導(dǎo)中插入無(wú)耗介質(zhì)片，適當(dāng)選擇入射波的極化方向和介質(zhì)片的長(zhǎng)度可形成圓極化波輸出。 如果兩個(gè)線極化波幅度相等并且在空間方向互相垂直，相位相差 90176。 ，那么它們可以形成圓極化波 。假設(shè)介質(zhì)片與 x軸平行，入射波為圓波導(dǎo)中的 TE11模，圓波導(dǎo)中心電場(chǎng)矢量 Ei與 x軸的夾角為 ?， Ei可分解為 x方向和 y方向的兩個(gè)分量，即 Ei=xEicosα+yEisinα 式中， Ei=|Ei|。 113 設(shè)水平極化的 TE11波的傳播常數(shù)為 kx，垂直極化的 TE11波的傳播常數(shù)為 ky， 由于介質(zhì)片的作用， kx≠ky，這兩個(gè)線極化波傳播一段距離 l后，會(huì)引起相位差 ??＝（ kxky） l，取 ?? ＝π/2，同時(shí)取 α=45176。 ，故兩個(gè)線極化波的幅度相等，那么在輸出端口將形成圓極化波 。 從微波網(wǎng)絡(luò)的觀點(diǎn)分析。 圓極化器從幾何形狀上看為二端口網(wǎng)絡(luò)，但從電性能上看應(yīng)為四端口網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)槠涠丝谏嫌袃蓚€(gè)模式的波在傳輸，一個(gè)為水平極化的 TE11波，另一個(gè)為垂直極化的 TE11波。 許多微波器件，在其端口上都只有一個(gè)模式的波在傳輸，雖然在器件內(nèi)部有可能存在多種模式，但在選定網(wǎng)絡(luò)端口的參考面時(shí)，都讓參考面遠(yuǎn)離多模區(qū)域，使參考面上僅有單模傳輸。在這種情況下，器件幾何形狀上或機(jī)械上的單一端口就看作微波網(wǎng)絡(luò)的單一端口。 114 現(xiàn)在是參考面上有多于一個(gè)的模在工作，廣義傳輸理論中的下列關(guān)系式： ET(x、 y、 z)＝ e(x、 y)V(z) HT(x、 y、 z)＝ h(x、 y)I(z) 這里每一個(gè)模式都有它自己所對(duì)應(yīng)的等效電壓 V（ z）和等效電流 I(z),故每一個(gè)模式都須用一對(duì)獨(dú)立的等效長(zhǎng)線來(lái)表示，亦即每一個(gè)模式對(duì)應(yīng)參考面上的一個(gè)端口 。 機(jī)械上的“端口”和電性能上的“端口”是兩個(gè)不同的概念，就網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)而言，指的應(yīng)是電性能上的“端口”而不應(yīng)是機(jī)械上的“端口”。 結(jié)論： 微波器件幾何結(jié)構(gòu)上的單個(gè)端口，在單模傳輸時(shí)，可視作單個(gè)端口；而在多模傳輸時(shí)，應(yīng)視作多個(gè)端口。 115 圓極化器的問(wèn)題， 在每個(gè)幾何結(jié)構(gòu)的端口上都有兩個(gè)極化互相垂直的 TE11波在傳輸，所以應(yīng)把它看作四端口網(wǎng)絡(luò) ，正如圖，其輸入端是端口 1和端口 2，輸出端是端口3和端口 4，雖然介質(zhì)片對(duì) TE11波是有擾動(dòng)的，并且還存在著反射，忽略了這些枝節(jié)問(wèn)題， 將它當(dāng)作理想的圓極化器，根據(jù)以下性質(zhì)，寫出它的散射矩陣 。 (1)各端口無(wú)反射時(shí)有 sii=0 (i=1,2,3,4) (2)模式正交性有 s12=0 s14=0 s23=0 s34=0 (3)垂直極化波相位領(lǐng)先水平極化波 π/2，此時(shí)設(shè) s31=ejφ 則 s42=jejφ (4)網(wǎng)絡(luò)互易性有 sij=sji (I, j=1,2,3,4) 116 ? ?0 0 00000000 0 0jjjjejeseje?????????????????所以 117 圖 圓極化器原理示意圖 若介質(zhì)片的反射不為零，需引入不等于零的 sii，若兩極化波的相位差 ??≠π/2，或 ?≠45176。 ，都將使輸出波不是圓極化波而是 橢圓極化波 。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)理論可以分析這些因素對(duì)實(shí)現(xiàn)圓極化波的影響。 118 鐵氧體器件 鐵氧體是一種陶瓷類材料，它由金屬氧化物的混合物燒結(jié)而成，其化學(xué)成分為 MO?Fe2O3，這里的 M代表錳、鎂、鋅、鎳、鈷等金屬。 鐵氧體的電阻率很高，損耗較小，相對(duì)介電常數(shù) ? =10~20，而其導(dǎo)磁率在一定條件下呈現(xiàn)出各向異性 。在微波技術(shù)中利用它的這些特性制做出了多種非互易器件，鐵氧體器件得到了廣泛的應(yīng)用。 5. 鐵氧體的張量導(dǎo)磁率 鐵氧體的一個(gè)最顯著的特征是，在恒定磁場(chǎng) H0和微波磁場(chǎng) h的共同作用下呈現(xiàn)出各向異性。具體表現(xiàn)為在材料的各個(gè)方向上，它的導(dǎo)磁率不同， 因而此時(shí)它的導(dǎo)磁率不再是簡(jiǎn)單的標(biāo)量，而應(yīng)是一張量形式，稱之為張量導(dǎo)磁率，用 [?] 表示。當(dāng)偏置磁場(chǎng)為 H0=?H0時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的交變分量 b和 h間將滿足下列關(guān)系式： 119 （ ） 其中 () () 120 式中， ω 為微波場(chǎng)的角頻率； ω0=γH0