平行耦合微带线的奇偶模分析法

5G通信射频有源无源 2024-04-16 00:01

1、对称网络的奇偶模分析法

奇偶模分析方法一般用于简化对称网络的分析过程。

以对称的双端口网络为例,在大小及相位都相反的奇模信号激励下,因为结构对称,电场的切向分量不存在,穿过该平面的能流也为零,此时其对称面可等效为理想电壁,电壁上任意两点之间的电压差为零,相当于短路。

与之对应在大小及相位都相同的偶模信号激励下,此时对称平面没有电场线及能流穿过,因而电场的法向分量与磁场的切向分量皆不存在,只存在电场的切向分量,对称面可等效为理想磁壁,磁壁上电流为零,相当于开路。

 如何由一个对称网络得到奇模电路和偶模电路?

 以下面这个耦合线结构为例子:


 这是一个对称的网络,对称轴为AA’。如果把AA’全部接地 就可以得到奇模电路。如下图所示。



 对于偶模电路可以先把对称轴上的两个传输线进行变换:


 进而可以得到偶摸等效电路




这样分解的目的就是方便求出网络矩阵。

2、典型平行耦合线的阻抗矩阵

a、求特性阻抗为Z0,电长度为θ的均匀传输线段的阻抗矩阵及散射矩阵参量。



解答:根据奇偶模分析法可以写出奇偶模电路,




 由传输线理论可以知道 开路线的等效阻抗为



 短路线的等效阻抗为:


 又因为网络矩阵和奇偶模阻抗的关系:



所以可以得到完整的阻抗矩阵分量:


 同理 对于开路线和短路线同样也有反射系数公式:


 也可以得到散射矩阵:


b、 平行耦合线的阻抗矩阵求解


 这个也是利用奇偶模分析,先把奇模和偶模写出来,这里可以选择平行传输线为对称轴这样奇模和偶模都是一样就是,如下图。



 对于这里的偶模和奇模就是上面例题中计算的简单传输线,所以可以直接写出来奇模和偶模的阻抗矩阵。

 再利用一次原阻抗矩阵矩阵与奇偶模阻抗矩阵的关系,可以得到:


根据阻抗矩阵和导纳矩阵的关系,可以求出导纳的关系式:



3、任意端接的平行耦合线的输入阻抗


 由上图得到的阻抗矩阵,可以得到



 对于四个端口,如果作为输入端、输出端就不改变上面的矩阵。如果对应的端口开路,就把对应位置的电流改成0,如果对应的端口接地,就把对应的端口的电压改成0。


 例子:下图中就是二四端口开路的耦合线。



 将2、4端口的电流为0,可以写出下面的矩阵:



 化简上式,可以得到阻抗矩阵。



 例子: 求解下面的耦合线的输入阻抗:


求解ZA1,仅仅是在上面的例题中把三端口接地,可以得到以下矩阵:



 化简可以得到:



 其他的若干形式可以类比写出。



☆ END ☆

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