วิศวกรรมไมโครเวฟ - EH Plane Tee

ทางแยก EH Plane Tee เกิดจากการต่อท่อนำคลื่นธรรมดาสองตัวขนานหนึ่งขนานกับอีกชุดหนึ่งเข้ากับท่อนำคลื่นสี่เหลี่ยมซึ่งมีสองพอร์ตอยู่แล้ว นี้เรียกอีกอย่างว่าMagic Tee, หรือ Hybrid หรือ 3dB coupler.

แขนของท่อนำคลื่นสี่เหลี่ยมสร้างสองพอร์ตที่เรียกว่า collinear ports เช่นพอร์ต 1 และพอร์ต 2 ในขณะที่พอร์ต 3 เรียกว่าเป็น H-Arm หรือ Sum port หรือ Parallel port. พอร์ต 4 เรียกว่าเป็นE-Arm หรือ Difference port หรือ Series port.

รายละเอียดหน้าตัดของ Magic Tee สามารถเข้าใจได้จากรูปต่อไปนี้

รูปต่อไปนี้แสดงการเชื่อมต่อโดยแขนด้านข้างกับท่อนำคลื่นสองทิศทางเพื่อสร้างทั้งพอร์ตขนานและพอร์ตอนุกรม

ลักษณะของ EH Plane Tee

• หากสัญญาณเฟสและขนาดเท่ากันถูกส่งไปยังพอร์ต 1 และพอร์ต 2 เอาต์พุตที่พอร์ต 4 จะเป็นศูนย์และเอาต์พุตที่พอร์ต 3 จะเป็นส่วนเสริมของทั้งพอร์ต 1 และ 2

• หากสัญญาณถูกส่งไปยังพอร์ต 4 (E-arm) พลังงานจะถูกแบ่งระหว่างพอร์ต 1 และ 2 เท่า ๆ กัน แต่อยู่ในเฟสตรงกันข้ามในขณะที่จะไม่มีเอาต์พุตที่พอร์ต 3 ดังนั้น $ S_ {34} $ = 0 .

• หากสัญญาณถูกป้อนที่พอร์ต 3 พลังงานจะถูกแบ่งระหว่างพอร์ต 1 และ 2 เท่า ๆ กันในขณะที่จะไม่มีเอาต์พุตที่พอร์ต 4 ดังนั้น $ S_ {43} $ = 0

• หากสัญญาณถูกป้อนที่พอร์ต collinear พอร์ตใดพอร์ตหนึ่งจะไม่มีเอาต์พุตที่พอร์ต collinear อื่นเนื่องจาก E-arm สร้างเฟสดีเลย์และ H-arm สร้างเฟสล่วงหน้า ดังนั้น $ S_ {12} $ = $ S_ {21} $ = 0

คุณสมบัติของ EH Plane Tee

คุณสมบัติของ EH Plane Tee สามารถกำหนดได้ด้วยเมทริกซ์ $ \ left [S \ right] _ {4 \ times 4} $

เป็นเมทริกซ์ 4 × 4 เนื่องจากมีอินพุตที่เป็นไปได้ 4 อินพุตและเอาต์พุต 4 เอาต์พุตที่เป็นไปได้

$ [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} $ ........ Equation 1

เนื่องจากมีส่วน H-Plane Tee

$ S_ {23} = S_ {13} $........ Equation 2

เนื่องจากมีส่วนเสื้อยืด E-Plane

$ S_ {24} = -S_ {14} $........ Equation 3

พอร์ต E-Arm และพอร์ต H-Arm ถูกแยกออกเพื่อให้อีกพอร์ตไม่ส่งเอาต์พุตหากมีการใช้อินพุตที่หนึ่งในนั้น ดังนั้นจึงสามารถระบุได้ว่า

$ S_ {34} = S_ {43} = 0 $........ Equation 4

จากคุณสมบัติสมมาตรเรามี

$ 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} $........ Equation 5

หากพอร์ต 3 และ 4 จับคู่กับทางแยกได้อย่างสมบูรณ์แล้ว

$ S_ {33} = S_ {44} = 0 $........ Equation 6

การแทนที่สมการข้างต้นทั้งหมดในสมการ 1 เพื่อให้ได้เมทริกซ์ $ [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} $........ Equation 7

จากคุณสมบัติ Unitary $ [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} $

$ = \ start {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 $......... Equation 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 $......... Equation 9

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

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

จากสมการ 10 และ 11 เราได้

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

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

เมื่อเปรียบเทียบสมการ 8 และ 9 เรามี

$ S_ {11} = S_ {22} $ ......... Equation 14

ใช้ค่าเหล่านี้จากสมการ 12 และ 13 เราจะได้

$ \ 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 $ ......... Equation 15

จากสมการที่ 9 เราจะได้$ S_ {22} = 0 $ ......... Equation 16

ตอนนี้เราเข้าใจแล้วว่าพอร์ต 1 และ 2 เข้ากันได้ดีกับทางแยก เนื่องจากนี่คือทางแยกพอร์ต 4 พอร์ตเมื่อใดก็ตามที่สองพอร์ตเข้ากันได้อย่างสมบูรณ์พอร์ตอีกสองพอร์ตจึงเข้ากันได้ดีกับทางแยก

ทางแยกที่พอร์ตทั้งสี่เข้ากันอย่างลงตัวเรียกว่า Magic Tee Junction

โดยการแทนที่สมการจาก 12 ถึง 16 ในเมทริกซ์ $ [S] $ ของสมการที่ 7 เราจะได้เมทริกซ์การกระจายของ Magic Tee เป็น

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

เรารู้อยู่แล้ว $ [b] $ = $ [S] [a] $

เราได้รับการเขียนใหม่ข้างต้น

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

การใช้งาน EH Plane Tee

แอปพลิเคชั่นที่พบบ่อยที่สุดของ EH Plane Tee มีดังนี้ -

• จุดเชื่อมต่อเครื่องบิน EH ใช้ในการวัดอิมพีแดนซ์ - เครื่องตรวจจับ null เชื่อมต่อกับพอร์ต E-Arm ในขณะที่แหล่งไมโครเวฟเชื่อมต่อกับพอร์ต H-Arm พอร์ต collinear ร่วมกับพอร์ตเหล่านี้สร้างสะพานและการวัดอิมพีแดนซ์ทำได้โดยการปรับสมดุลของสะพาน

• EH Plane Tee ใช้เป็นตัวพลิกหน้า - ตัวพลิกหน้ากระดาษเป็นวงจรที่ทำงานเป็นทั้งตัวส่งและตัวรับโดยใช้เสาอากาศเดียวสำหรับทั้งสองวัตถุประสงค์ พอร์ต 1 และ 2 ใช้เป็นตัวรับและตัวส่งที่แยกออกจากกันดังนั้นจึงไม่รบกวน เสาอากาศเชื่อมต่อกับพอร์ต E-Arm โหลดที่ตรงกันเชื่อมต่อกับพอร์ต H-Arm ซึ่งไม่มีการสะท้อนกลับ ตอนนี้มีการส่งหรือการรับโดยไม่มีปัญหาใด ๆ

• EH Plane Tee ใช้เป็นเครื่องผสม - พอร์ต E-Arm เชื่อมต่อกับเสาอากาศและพอร์ต H-Arm เชื่อมต่อกับออสซิลเลเตอร์ภายใน พอร์ต 2 มีโหลดที่ตรงกันซึ่งไม่มีการสะท้อนและพอร์ต 1 มีวงจรมิกเซอร์ซึ่งได้รับครึ่งหนึ่งของกำลังสัญญาณและครึ่งหนึ่งของกำลังออสซิลเลเตอร์เพื่อสร้างความถี่ IF

นอกเหนือจากแอพพลิเคชั่นข้างต้นแล้วทางแยก EH Plane Tee ยังใช้เป็นสะพานไมโครเวฟตัวจำแนกไมโครเวฟ ฯลฯ