入力インピーダンスの偶・奇特性
偶関数,奇関数
入力インピーダンス\(Z_{in}\)の分母,分子を,\(s=j \omega\) に関する偶関数(even)\(m_i(s) = m_i(-s)\)と,奇関数(odd)\(n_i(s) = -n_i(-s) \ \ (i=1,2)\)で表すと,
\begin{gather}
Z_{in} = \frac{m_1(s) + n_1(s)}{m_2(s) + n_2(s)}
\end{gather}
ここで,偶関数\(m_i(s)\)は偶多項式で表され(\(n\)は整数),
\begin{eqnarray}
m_i(s) &=& a_{2n} s^{2n} + a_{2n-2} s^{2n-2} + \cdots + a_2 s^2 + a_0
\nonumber \\
&=& m_i(-s)
\end{eqnarray}
このとき,
\begin{eqnarray}
s^{2n} &=& (j\omega)^{2n}
\nonumber \\
&=& (-1)^n s^{2n}
\end{eqnarray}
より,\(m_i(s)\)は実数.また,奇関数\(n_i(s)\)は奇多項式で表され(\(n\)は整数),
\begin{eqnarray}
n_i(s) &=& a_{2n-1} s^{2n-1} + a_{2n-3} s^{2n-3} + \cdots + a_3 s^3 + a_1 s
\nonumber \\
&=& -n_i(-s)
\end{eqnarray}
このとき,
\begin{eqnarray}
s^{2n+1} &=& (j\omega)^{2n+1}
\nonumber \\
&=& j(-1)^n s^{2n+1}
\end{eqnarray}
より,\(n_i(s)\)は純虚数となることがわかる.そこで,\(\bar{n}_1\),\(\bar{n}_2\)を実数とすると,
\begin{gather}
n_1 \equiv j \bar{n}_1, \ \ \ \ \
n_2 \equiv j \bar{n}_2
\end{gather}
これより,
\begin{eqnarray}
Z_{in}
&=& \frac{m_1 + n_1}{m_2 + n_2}
\nonumber \\
&=& \frac{m_1 + j \bar{n}_1}{m_2 + j \bar{n}_2}
\nonumber \\
&=& \frac{m_1 + j \bar{n}_1}{m_2 + j \bar{n}_2} \cdot \frac{m_2 - j \bar{n}_2}{m_2 - j \bar{n}_2}
\nonumber \\
&=& \frac{(m_1 m_2 - \bar{n}_1 \bar{n}_2) + j (m_1 \bar{n}_2 + m_2 \bar{n}_1)}{m_2^2 + \bar{n}_2^2}
\nonumber \\
&=& \frac{1}{Y_{in}}
\end{eqnarray}
上式より,\(Z_{in}\)の分母は偶関数である.一方,分子の実部は,
\begin{eqnarray}
m_1(-s) m_2(-s) - \bar{n}_1(-s) \bar{n}_2(-s)
&=& m_1(s) m_2(s) - \big( -\bar{n}_1(s) \big) \big( -\bar{n}_2(s) \big)
\nonumber \\
&=& m_1(s) m_2(s) - \bar{n}_1(s)\bar{n}_2(s)
\end{eqnarray}
ゆえ偶関数である.同様にして,分子の虚部は,
\begin{eqnarray}
m_1(-s) \bar{n}_2(-s) + m_2(-s) \bar{n}_1(-s)
&=& m_1(s) \big( -\bar{n}_2(s) \big) + m_2(s) \big( -\bar{n}_1(s) \big)
\nonumber \\
&=& - \big( m_1(s) \bar{n}_2(s) + m_2(s) \bar{n}_1(s) \big)
\end{eqnarray}
ゆえ奇関数であることがわかる.したがって,
\begin{eqnarray}
Z_{in} &=& \Re Z_{in} + \Im Z_{in}
\nonumber \\
&\equiv& \mbox{Ev} (Z_{in}) + \mbox{Odd}(Z_{in})
\end{eqnarray}
ただし,\(\mbox{Ev}(Z_{in})\),\(\mbox{Odd}(Z_{in})\)は\(Z_{in}\)の偶関数,奇関数,
\(\Re (Z_{in})\),\(\Im (Z_{in})\)は\(Z_{in}\)の実部,虚部を各々示す.
以上をまとめると,入力インピーダンス\(Z_{in}\)について,
\(Z_{in}\)の偶関数の項を表す\(\mbox{Ev}(Z_{in})\)は実数
\(Z_{in}\)の奇関数の項を表す\(\mbox{Odd}(Z_{in})\)は純虚数
入力アドミタンス\(Y_{in}\)も同様である.
無損失回路
無損失回路では入力インピーダンスは純虚数,つまり\(\Re (Z_{in}) =0\)ゆえ,
\begin{eqnarray}
Z_{in} &=& \frac{m_1 + j \bar{n}_1}{m_2 + j \bar{n}_2}
\nonumber \\
&=& j\frac{m_1 \bar{n}_2 + m_2 \bar{n}_1}{m_2^2 + \bar{n}_2^2}
\nonumber \\
&=& \Im (Z_{in})
\nonumber \\
&=& \mbox{Odd}(Z_{in})
\nonumber \\
&=& \frac{1}{Y_{in}}
\end{eqnarray}
よって,無損失回路では入力インピーダンス\(Z_{in}\),入力アドミタンス\(Y_{in}\)は純虚数かつ奇関数である.