Микроволновая инженерия — EH Plane Tee

Соединение плоского тройника EH формируется путем присоединения двух простых волноводов, один параллельный, а другой ряд, к прямоугольному волноводу, который уже имеет два порта. Это также называется Magic Tee , или Hybrid или 3dB ответвителем .

Плечи прямоугольных волноводов образуют два порта, называемые коллинеарными портами, т. Е. Порт 1 и порт 2, а порт 3 называется портом H-Arm, или суммой, или параллельным портом . Порт 4 называется портом E-Arm, разностным портом или последовательным портом .

Детали поперечного сечения Magic Tee можно понять на следующем рисунке.

На следующем рисунке показано соединение боковых рычагов с двунаправленным волноводом для формирования параллельных и последовательных портов.

Характеристики EH Plane Tee

• Если сигнал с одинаковой фазой и величиной отправляется на порт 1 и порт 2, то выход на порт 4 равен нулю, а выход на порт 3 будет суммировать оба порта 1 и 2.

• Если сигнал отправляется на порт 4 (E-arm), то мощность распределяется между портами 1 и 2 одинаково, но в противоположной фазе, тогда как на порте 3 не будет выхода. Следовательно, $S_ {34}$ = 0 ,

• Если сигнал подается на порт 3, то мощность распределяется между портами 1 и 2 в равной степени, тогда как на порту 4 не будет выходного сигнала. Следовательно, $S_ {43}$ = 0.

• Если сигнал подается на один из коллинеарных портов, то на другом коллинеарном порту не появляется выходного сигнала, так как E-плечо вызывает задержку фазы, а H-плечо вызывает продвижение фазы. Итак, $S_ {12}$ = $S_ {21}$ = 0.

Если сигнал с одинаковой фазой и величиной отправляется на порт 1 и порт 2, то выход на порт 4 равен нулю, а выход на порт 3 будет суммировать оба порта 1 и 2.

Если сигнал отправляется на порт 4 (E-arm), то мощность распределяется между портами 1 и 2 одинаково, но в противоположной фазе, тогда как на порте 3 не будет выхода. Следовательно, $S_ {34}$ = 0 ,

Если сигнал подается на порт 3, то мощность распределяется между портами 1 и 2 в равной степени, тогда как на порту 4 не будет выходного сигнала. Следовательно, $S_ {43}$ = 0.

Если сигнал подается на один из коллинеарных портов, то на другом коллинеарном порту не появляется выходного сигнала, так как E-плечо вызывает задержку фазы, а H-плечо вызывает продвижение фазы. Итак, $S_ {12}$ = $S_ {21}$ = 0.

Свойства EH Plane Tee

Свойства EH Plane Tee могут быть определены его $\ left [S \ right] _ {4 \ times 4}$ матрицей.

Это матрица 4 × 4, так как имеется 4 возможных входа и 4 возможных выхода.

$[S] = \ begin {bmatrix} S_ {11} & S_ {12} & S_ {13} & S_ {14} \\ S_ {21} & S_ {22} & S_ {23} & S_ {24} \\ S_ {31} & S_ {32} & S_ {33} & S_ {34} \\ S_ {41} & S_ {42} & S_ {43} & S_ {44} \ end {bmatrix}$ .. …… Уравнение 1

Так как у него есть секция H-Plane Tee

$S_ {23} = S_ {13}$ …….. Уравнение 2

Как у него есть секция E-Plane Tee

$S_ {24} = -S_ {14}$ …….. Уравнение 3

Порт E-Arm и порт H-Arm настолько изолированы, что другой не будет выдавать выходной сигнал, если на один из них подан вход. Следовательно, это можно отметить как

$S_ {34} = S_ {43} = 0$ …….. Уравнение 4

Из свойства симметрии мы имеем

$S_ {ij} = S_ {ji}$

$S_ {12} = S_ {21}, S_ {13} = S_ {31}, S_ {14} = S_ {41}$

$S_ {23} = S_ {32}, S_ {24} = S_ {42}, S_ {34} = S_ {43}$ …….. Уравнение 5

Если порты 3 и 4 идеально согласованы с переходом, то

$S_ {33} = S_ {44} = 0$ …….. Уравнение 6

Подставляя все вышеприведенные уравнения в уравнение 1, чтобы получить матрицу $[S]$,

$[S] = \ begin {bmatrix} S_ {11} & S_ {12} & S_ {13} & S_ {14} \\ S_ {12} & S_ {22} & S_ {13} & -S_ {14 } \\ S_ {13} & S_ {13} & 0 & 0 \\ S_ {14} & -S_ {14} & 0 & 0 \ end {bmatrix}$ …….. Уравнение 7

Из унитарного свойства $[S] [S] ^ \ ast = [I]$

$\ begin {bmatrix} S_ {11} & S_ {12} & S_ {13} & S_ {14} \\ S_ {12} & S_ {22} & S_ {13} & -S_ {14} \\ S_ {13} & S_ {13} & 0 & 0 \\ S_ {14} & -S_ {14} & 0 & 0 \ end {bmatrix} \ begin {bmatrix} S_ {11} ^ {*} & S_ {12} ^ {*} & S_ {13} ^ {*} & S_ {14} ^ {*} \\ S_ {12} ^ {*} & S_ {22} ^ {*} & S_ {13} ^ {*} & -S_ {14} ^ {*} \\ S_ {13} & S_ {13} & 0 & 0 \\ S_ {14} & -S_ {14} & 0 & 0 \ end {bmatrix}$

$= \ begin {bmatrix} 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \ end {bmatrix}$

$ R_1C_1: \ left | S_ {11} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {12} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {13} \ right | ^ 2 = 1 + \ left | S_ {14} \ right | ^ 2 = 1 $ ……… Уравнение 8

$ R_2C_2: \ left | S_ {12} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {22} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {13} \ right | ^ 2 = 1 + \ left | S_ {14} \ right | ^ 2 = 1 $ ……… Уравнение 9

$ R_3C_3: \ left | S_ {13} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {13} \ right | ^ 2 = 1 $ ……… Уравнение 10

$ R_4C_4: \ left | S_ {14} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {14} \ right | ^ 2 = 1 $ ……… Уравнение 11

Из уравнений 10 и 11 получаем

$S_ {13} = \ frac {1} {\ sqrt {2}}$ …….. Уравнение 12

$S_ {14} = \ frac {1} {\ sqrt {2}}$ …….. Уравнение 13

Сравнивая уравнения 8 и 9, получим

$S_ {11} = S_ {22}$ ……… Уравнение 14

Используя эти значения из уравнений 12 и 13, получим

$ \ left | S_ {11} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {12} \ right | ^ 2 + \ frac {1} {2} + \ frac {1} {2} = 1 $

$ \ left | S_ {11} \ right | ^ 2 + \ left | S_ {12} \ right | ^ 2 = 0 $

$S_ {11} = S_ {22} = 0$ ……… Уравнение 15

Из уравнения 9 мы получаем $S_ {22} = 0$ ……… Уравнение 16

Теперь мы понимаем, что порты 1 и 2 идеально согласованы с переходом. Поскольку это 4-портовое соединение, всякий раз, когда два порта идеально согласованы, два других порта также идеально согласовываются с соединением.

Соединение, где все четыре порта идеально сочетаются, называется Magic Tee Junction.

Подставляя уравнения с 12 по 16, в матрицу $[S]$ уравнения 7, мы получаем матрицу рассеяния Magic Tee как

$$[S] = \ begin {bmatrix} 0 & 0 & \ frac {1} {2} & \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ 0 & 0 & \ frac {1} {2} & - \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ \ frac {1} {\ sqrt {2}} & \ frac {1} {\ sqrt {2}} & 0 & 0 \\ \ frac {1} {\ sqrt {2}} & - \ frac {1} {\ sqrt {2}} & 0 & 0 \ end {bmatrix}$$

Мы уже знаем, что $[b]$ = $[S] [a]$

Переписав вышесказанное, получим

$$\ begin {vmatrix} b_1 \\ b_2 \\ b_3 \\ b_4 \ end {vmatrix} = \ begin {bmatrix} 0 & 0 & \ frac {1} {2} & \ frac {1} {\ sqrt {2} } \\ 0 & 0 & \ frac {1} {2} & - \ frac {1} {\ sqrt {2}} \\ \ frac {1} {\ sqrt {2}} & \ frac {1} {\ sqrt {2}} & 0 & 0 \\ \ frac {1} {\ sqrt {2}} & - \ frac {1} {\ sqrt {2}} & 0 & 0 \ end {bmatrix} \ begin {vmatrix} a_1 \ \ a_2 \\ a_3 \\ a_4 \ end {vmatrix}$$

Применение EH Plane Tee

Вот некоторые из наиболее распространенных применений EH Plane Tee:

• Соединение плоскости EH используется для измерения импеданса — нулевой детектор подключен к порту E-Arm, в то время как микроволновый источник подключен к порту H-Arm. Коллинеарные порты вместе с этими портами образуют мост, а измерение импеданса выполняется путем балансировки моста.

• EH Plane Tee используется в качестве дуплексера — дуплексер — это схема, которая работает как передатчик и приемник, используя одну антенну для обеих целей. Порты 1 и 2 используются в качестве приемника и передатчика, где они изолированы и, следовательно, не будут создавать помехи. Антенна подключена к порту E-Arm. Соответствующая нагрузка подключена к порту H-Arm, который не дает отражений. Теперь существует передача или прием без каких-либо проблем.

• EH Plane Tee используется в качестве смесителя — порт E-Arm соединен с антенной, а порт H-Arm соединен с местным генератором. Порт 2 имеет согласованную нагрузку, которая не имеет отражений, а порт 1 имеет схему микшера, которая получает половину мощности сигнала и половину мощности генератора для получения частоты ПЧ.

Соединение плоскости EH используется для измерения импеданса — нулевой детектор подключен к порту E-Arm, в то время как микроволновый источник подключен к порту H-Arm. Коллинеарные порты вместе с этими портами образуют мост, а измерение импеданса выполняется путем балансировки моста.

EH Plane Tee используется в качестве дуплексера — дуплексер — это схема, которая работает как передатчик и приемник, используя одну антенну для обеих целей. Порты 1 и 2 используются в качестве приемника и передатчика, где они изолированы и, следовательно, не будут создавать помехи. Антенна подключена к порту E-Arm. Соответствующая нагрузка подключена к порту H-Arm, который не дает отражений. Теперь существует передача или прием без каких-либо проблем.

EH Plane Tee используется в качестве смесителя — порт E-Arm соединен с антенной, а порт H-Arm соединен с местным генератором. Порт 2 имеет согласованную нагрузку, которая не имеет отражений, а порт 1 имеет схему микшера, которая получает половину мощности сигнала и половину мощности генератора для получения частоты ПЧ.

В дополнение к вышеперечисленным применениям плоскостный тройник EH также используется в качестве микроволнового моста, микроволнового дискриминатора и т. Д.