포트(회선 이론)

Port (circuit theory)
네트워크 N에는 외부 회선에 접속하는 포트가 있습니다.포트의 1개의 단말기에 들어가는 전류와 다른 단말기에 들어가는 전류는 같기 때문에 포트는 포트 조건을 충족합니다.

전기 회로 이론에서 포트는 전기 에너지를 위한 진입점 또는 출구점으로서 전기 네트워크 또는 회로를 외부 회로에 연결하는 한 쌍의 단자입니다.포트는 포트 조건을 충족하는 외부 회로에 연결된 2개의 노드(단말기)로 구성됩니다. 즉, 2개의 노드로 흐르는 전류가 동일하고 반대여야 합니다.

포트를 사용하면 회로 분석의 복잡성을 줄일 수 있습니다.트랜지스터, 변압기, 전자 필터 및 증폭기와 같은 많은 일반적인 전자 장치와 회로 블록은 포트로 분석됩니다.멀티포트 네트워크 분석에서는, 회선은 포토를 개입시켜 외부와 접속되는 「블랙 박스」로 간주됩니다.포트는 입력 신호가 적용되거나 출력 신호가 사용되는 지점입니다.이 동작은 포트의 전압과 전류에 관한 파라미터의 매트릭스에 의해 완전히 규정되기 때문에 회로의 내부 구성이나 설계는 적용된 신호에 대한 회로의 응답을 결정할 때 고려되거나 알 필요가 없습니다.

포트 개념은 도파관까지 확장할 수 있지만 전류에 관한 정의는 적절하지 않으므로 여러 도파관 모드의 존재 가능성을 고려해야 합니다.

포트 상태

3개의 포트 배치가 가능한 단순한 저항 네트워크: (a) 극 쌍(1, 2) 및 (3, 4)은 포트, (b) 극 쌍(1, 4) 및 (2, 3) 극 쌍은 포트, (c) 극 쌍은 포트입니다.

외부 회로에 접속할 수 있는 회로의 노드를 폴(또는 물리적인 물체인 경우에는 단자)이라고 부릅니다.포트 상태는 회로의 한 극으로 흐르는 전류가 다른 극에서 외부 회로로 흐르는 전류와 동일한 경우에만 한 쌍의 극이 포트로 간주됩니다.마찬가지로 외부회로에서 2극으로 흐르는 전류의 대수합은 [1]0이어야 한다.

노드 쌍이 포트 조건을 충족하는지 여부는 회로 자체의 내부 속성을 분석하여 판단할 수 없습니다.포트 상태는 회선의 외부 접속에 전적으로 의존합니다.어떤 외부 환경 하의 포트는 다른 외부 환경 하의 포트가 아닐 수 있습니다.예를 들어 그림에서 4개의 저항기의 회로를 생각해 보겠습니다.발전기가 극 쌍(1, 2)과 (3, 4)에 연결되어 있는 경우, 이들 2개의 쌍은 포트이며, 회선은 박스 감쇠기입니다.한편, 발전기가 폴 페어(1, 4)와 (2, 3)에 접속되어 있는 경우는, 이러한 쌍은 포토가 되어, 페어(1, 2)와 (3, 4)는 포토가 아니고, 회선은 브리지 회로입니다.

포트 조건을 충족하는 극 쌍이 없도록 입력을 정렬할 수도 있습니다.단, 1개 이상의 극을 같은 노드에 접합된 복수의 개별 극으로 분할함으로써 이러한 회로를 처리할 수 있다.각 극에 외부 발전기 단자가 하나만 연결되어 있는 경우(분할 극이든 다른 극이든) 회로는 포트 측면에서 다시 분석할 수 있습니다.이 유형의 가장 일반적인 배열은 n극 회로의 한 극을 공통으로 지정하고 이를 n-1 극으로 분할하는 것이다.이 후자의 형식은 특히 언밸런스 회선 토폴로지에 도움이 되며 결과적으로 n-1 포트가 있습니다.

가장 일반적인 경우, 모든 극 쌍에 연결된 발전기를 가질 수 있다2. 즉, C 발전기를 가진 다음 모든 극을 n-1 극으로 분할해야 한다.예를 들어 그림 (c)에서 극 2, 4를 각각 2극으로 분할하면 회로를 3포트로 할 수 있다.단, 발전기를 극 쌍(1, 3), (1, 4), (3, 2)에2 접속할 수도 있어 C = 총 6 발전기이므로 회로를 6 포트로 취급해야 한다.

원포트

어떤 2극 회로도 키르히호프의 현행 법칙에 따라 포트 조건을 충족할 수 있으므로 무조건 [1]1포트입니다.모든 기본 전기 소자(유도, 저항, 캐패시턴스, 전압원, 전류원)는 일반 임피던스와 마찬가지로 1포트입니다.

단일 포트에 대한 연구는 네트워크 통합의 기초, 특히 필터 설계에서 중요한 부분입니다.2 요소 1 포트(RC, RL 및 LC 회로)는 일반적인 경우보다 합성하기가 쉽습니다.2 요소 1 포트의 경우 포스터의 표준 양식 또는 Cauer의 표준 양식을 사용할 수 있습니다.특히 LC 회로는 무손실이며 필터 [2]설계에 일반적으로 사용되기 때문에 연구됩니다.

2포트

주요 기사: 2포트 네트워크

선형 2포트 네트워크는 널리 연구되어 왔으며 이를 표현하는 많은 방법이 개발되었습니다.이러한 표현 중 하나는 매트릭스 형태로 설명할 수 있는 z-파라미터입니다.

여기서n V와n I는 각각 포트 n의 전압과 전류입니다.2포트의 다른 설명의 대부분은 유사한 매트릭스로 설명할 수 있지만 전압 및 전류 열 벡터의 배열이 다릅니다.

2포트 공통회로 블록에는 앰프, 감쇠기 및 필터가 있습니다.

멀티포트

동축 순환기서큘레이터에는 최소 3개의 포트가 있습니다.

일반적으로 회선은 임의의 수의 포트(멀티포트)로 구성할 수 있습니다.모든 것이 아닌 일부 2포트 파라미터 표현을 임의의 멀티포트로 확장할 수 있습니다.전압 및 전류 기반 매트릭스 중 확장할 수 있는 것은 z 파라미터와 y 파라미터입니다.도체를 사용하는 형식에서는 전압과 전류를 측정하기가 편리하지 않고 도파관 형식에서는 전혀 관련이 없기 때문에 둘 다 마이크로파 주파수에서 사용하기에 적합하지 않습니다.대신 이러한 주파수에서 s-파라미터가 사용되며, 이것들도 임의의 수의 [3]포트로 확장할 수 있습니다.

3개 이상의 포트가 있는 회로 블록에는 방향성 커플러, 전원 스플리터, 순환기, 다이플렉서, 듀플렉서, 멀티플렉서, 하이브리드 및 방향성 필터가 포함됩니다.

RF 및 마이크로파

RF[disambiguation needed] 및 마이크로파 회로 토폴로지는 일반적으로 동축 또는 마이크로스트립과 같은 불균형 회로 토폴로지입니다.이러한 형식에서는 회로 내의 각 포트의 1극이 그라운드플레인 등의 공통 노드에 접속되어 있습니다.회로 분석에서는 이러한 모든 공통 극이 동일한 전위에 있으며, 모든 포트의 다른 극으로 가는 것과 동일한 접지 평면에 전류가 공급되거나 접지 평면에 가라앉는 것으로 가정합니다.이 토폴로지에서는 포트는 단일 극으로 취급됩니다.대응하는 밸런스 폴은 그라운드 [4]평면에 통합되는 것으로 상상된다.

상당한 접지 플레인루프 전류가 존재할 경우 포트의 1극 표현은 실패하기 시작합니다.모델의 가정은 그라운드 평면이 완벽하게 전도하고 있으며 그라운드 평면의 두 위치 사이에 전위차가 없다는 것이다.실제로는 그라운드 플레인은 완벽하게 전도되지 않고 루프 전류는 전위차를 일으킨다.2개의 포트의 공통 극 사이에 전위차가 있는 경우 포트 상태는 파손되어 모델이 비활성화됩니다.

도파관

Moreno 커플러, 도파관 방향성 커플러의 일종입니다.방향성 커플러에는 4개의 포트가 있습니다.이 포트에는 1개의 포트가 내부적으로 영속적으로 종단되어 동일한 로드로 표시되므로 3개의 포트만 표시됩니다.포트는 도파관 플랜지 중앙에 있는 개구부입니다.

포트 개념은 도파관 장치로 확장할 수 있지만 도파관에서는 전자파가 전기 도체에 의해 유도되지 않기 때문에 회로 극의 관점에서 포트를 정의할 수 없습니다.대신 도파관 벽에 의해 유도됩니다.따라서 회로 도체 극의 개념은 이 형식으로 존재하지 않습니다.도파관의 포트는 전자파가 통과할 수 있는 도파관의 개구부 또는 파단으로 구성됩니다.파형이 통과하는 경계면은 [4]포트의 정의입니다.

도파로는 여러 도파관 모드가 동시에 존재할 수 있다는 점에서 포트 분석에서 추가적인 복잡성이 있습니다(때로는 바람직한 경우도 있습니다.이 경우 각 물리 포트에 대해 해당 물리 [5]포트에 존재하는 각 모드에 대해 분석 모델에 개별 포트를 추가해야 합니다.

기타 에너지 영역

포트의 개념은 다른 에너지 영역으로 확장할 수 있습니다.포트의 일반적인 정의는 에너지가 한 요소 또는 하위 시스템에서 다른 요소 또는 [6]하위 시스템으로 흐를 수 있는 장소입니다.이러한 포트 개념의 개략도를 통해 포트 상태가 전기 분석에서 이렇게 정의되는 이유를 설명할 수 있습니다.예를 들어 (c)와 같이 전류의 대수합이 0이 아닐 경우 외부발전기에서 공급되는 에너지는 한 쌍의 회로극에 진입하는 에너지와 동일하지 않다.따라서 이 장소에서의 에너지 전송은 서브시스템에서 다른 서브시스템으로의 단순한 흐름보다 복잡하며 포트의 일반적인 정의를 충족하지 않습니다.

포트 개념은 여러 에너지 도메인이 동일한 시스템에 관여하고 기계적-전기적 유사 또는 결합 그래프 [7]분석과 같은 통일되고 일관성 있는 분석이 필요한 경우에 특히 유용합니다.에너지 영역 간의 연결은 변환기를 통해 이루어집니다.변환기는 전기 영역에서 볼 때 1포트일 수 있지만, 보다 일반적인 포트 정의에서는 2포트입니다.예를 들어 기계식 액추에이터는 전기영역에 1개의 포트와 기계영역에 [6]1개의 포트를 가진다.변환기는 전기 2포트와 같은 방법으로 2포트 네트워크로 분석할 수 있습니다.즉, 한 쌍의 선형 대수 방정식 또는 2×2 전달 함수 행렬에 의한 것이다.단, 2개의 포트의 변수는 서로 다르며 2포트 파라미터는 2개의 에너지 도메인이 혼재합니다.예를 들어, 액추에이터 예에서 z 파라미터에는 하나의 전기 임피던스, 하나의 기계적 임피던스 및 하나의 전기 [8]변수와 하나의 기계적 변수의 비율인 두 개의 트랜스 임피던스가 포함됩니다.

레퍼런스

  1. ^ a b 양앤리, 페이지 401
  2. ^ 칼린 & 시발레리, 페이지 213–216
  3. ^ 러서, 10장 "마이크로웨이브 회로:선형 멀티포트"
  4. ^ a b 구스트라우, 페이지 162
  5. ^ 러서, 237-238페이지
  6. ^ a b 카르놉 외, 14페이지
  7. ^ 보루츠스키, 페이지 20
  8. ^ 베라넥 & 멜로우, 96-100페이지

참고 문헌

  • Won Y. Yang, Seung C.Lee, MATLAB 및 PSpice를 사용하는 Circuit Systems, John Wiley & Sons, 2008 ISBN0470822406.
  • Frank Gustrau, RF 및 마이크로파 엔지니어링: 무선통신의 기초, John Wiley & Sons, 2012 ISBN 111834958X.
  • Artech House, 2003 ISBN 1580535321, 통신 엔지니어링을 위한 전자학, 마이크로파 회로 및 안테나 설계.
  • Herbert J. Carlin, Pier Paolo Civalleri, Wideband Circuit Design, CRC Press, 1997 ISBN 0849378974.
  • 딘 카놉, 도널드 L. 마골리스, 로널드 CRosenberg, System Dynamics, Wiley, 2000 ISBN 0471333018.
  • Springer 2009 ISBN 1848828829, Bond Graph Methodology, 볼프강 보루츠키.
  • Leo Leroy Beranek, Tim Mellow, 음향: 음장과 변환기, 학술 출판사, 2012 ISBN 0123914213.