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電気回路理論において、ポートとは、電気ネットワークまたは回路を外部回路に接続する一対の端子であり、電気エネルギーの出入口となる。ポートは、外部回路に接続された2つのノード（端子）から構成され、ポート条件を満たす。すなわち、2つのノードに流れる電流は等しく、かつ逆向きでなければならない。
ポートを用いることで、回路解析の複雑さを軽減できます。トランジスタ、トランス、電子フィルタ、アンプなど、多くの一般的な電子デバイスや回路ブロックは、ポートという観点から解析されます。マルチポートネットワーク解析では、回路はポートを介して外部と接続された「ブラックボックス」とみなされます。ポートは、入力信号が印加される点、または出力信号が取り出される点です。その動作は、ポートにおける電圧と電流の関係を示すパラメータのマトリックスによって完全に規定されるため、印加された信号に対する回路の応答を決定する際に、回路の内部構造や設計を考慮する必要も、知る必要もありません。
ポートの概念は導波路にも拡張できるが、電流による定義は適切ではなく、複数の導波路モードが存在する可能性を考慮する必要がある。
外部回路に接続可能な回路のノードは、極（または物理的な物体の場合は端子）と呼ばれます。ポート条件とは、回路の一対の極がポートとみなされるのは、回路外部から一方の極に流れ込む電流が、もう一方の極から外部回路に流れ出す電流と等しい場合のみです。言い換えれば、外部回路から2つの極に流れ込む電流の代数和はゼロでなければなりません。 [ 1 ]
回路自体の内部特性を分析するだけでは、ノードのペアがポート条件を満たすかどうかを判断することはできません。ポート条件は、回路の外部接続に完全に依存します。ある外部状況下でポートとなるものが、別の外部状況下ではポートにならないこともあります。たとえば、図の4つの抵抗器からなる回路を考えてみましょう。ジェネレータが極ペア(1, 2)と(3, 4)に接続されている場合、これらの2つのペアはポートとなり、回路はボックス型減衰器になります。一方、ジェネレータが極ペア(1, 4)と(2, 3)に接続されている場合、これらのペアはポートとなり、ペア(1, 2)と(3, 4)はポートではなくなり、回路はブリッジ回路になります。
入力を配置して、どの極のペアもポート条件を満たさないようにすることも可能です。ただし、1つまたは複数の極を同じノードに接続された複数の独立した極に分割することで、このような回路を処理することができます。各極（分割された極であろうとなかろうと）に外部ジェネレータ端子が1つだけ接続されている場合、回路は再びポートの観点から解析できます。このタイプの最も一般的な構成は、n極回路の1つの極を共通極として指定し、それをn - 1個の極に分割することです。この後者の形式は、不平衡回路トポロジーに特に有用であり、結果として得られる回路はn - 1個のポートを持ちます。
最も一般的なケースでは、すべての極のペアにジェネレータを接続することが可能です。つまり、n C 2個のジェネレータがあり、各極はn − 1 個の極に分割されます。たとえば、図の例 (c) では、極 2 と 4 がそれぞれ 2 つの極に分割されている場合、回路は 3 ポートとして記述できます。ただし、極のペア(1, 3)、(1, 4)、および(3, 2)にジェネレータを接続することも可能で、合計4 C 2 = 6 個のジェネレータがあり、回路は 6 ポートとして扱われる必要があります。
2 極回路は、キルヒホッフの電流法則によりポート条件を満たすことが保証されており、したがって無条件に 1 ポートである。[ 1 ] すべての基本的な電気素子(インダクタ、抵抗器、コンデンサ、電圧源、電流源) は 1 ポート デバイスである。
1ポート回路の研究は、特にフィルタ設計において、ネットワーク合成の基礎の重要な部分です。2要素1ポート回路（RC、RL、LC回路）は、一般的な場合よりも合成が容易です。2要素1ポート回路には、フォスターの正準形式またはカウアーの正準形式を使用できます。特に、LC回路は損失がなく、フィルタ設計でよく使用されるため、研究されています。[ 2 ]
線形2ポートネットワークは広く研究されており、それらを表現する方法が数多く開発されてきた。これらの表現方法の1つがzパラメータであり、これは行列形式で次のように記述できる。
ここで、V nとI nはそれぞれポートnにおける電圧と電流です。他のほとんどの 2 ポートの記述も同様に同様の行列で記述できますが、電圧と電流の列ベクトルの配置が異なります。
一般に、回路は任意の数のポート（マルチポート）で構成できます。2ポートパラメータ表現の一部は任意のマルチポートに拡張できますが、すべてではありません。電圧と電流に基づく行列のうち、拡張できるのはzパラメータとyパラメータです。これらはどちらもマイクロ波周波数での使用には適していません。なぜなら、電圧と電流は導体を使用した形式では測定が不便であり、導波管形式では全く関係がないからです。代わりに、これらの周波数ではsパラメータが使用され、これも任意の数のポートに拡張できます。[ 3 ]
2つ以上のポートを持つ回路ブロックには、方向性結合器、電力分配器、循環器、ダイプレクサ、デュプレクサ、マルチプレクサ、ハイブリッド、方向性フィルタなどがあります。
RFおよびマイクロ波回路のトポロジーは、同軸回路やマイクロストリップ回路などの不平衡回路トポロジーが一般的です。これらの形式では、回路内の各ポートの一方の極が、グランドプレーンなどの共通ノードに接続されます。回路解析では、これらの共通極はすべて同じ電位にあり、グランドプレーンに流れる電流は、任意のポートのもう一方の極に流れる電流と等しく逆方向であると仮定されます。このトポロジーでは、ポートは単一の極として扱われます。対応する平衡極は、グランドプレーンに組み込まれていると考えられます。[ 4 ]
ポートの1極モデルは、グランドプレーンのループ電流が大きい場合、機能しなくなります。このモデルでは、グランドプレーンは完全導体であり、グランドプレーン上の2点間に電位差がないことを前提としています。しかし実際には、グランドプレーンは完全導体ではなく、ループ電流によって電位差が生じます。2つのポートの共通極間に電位差が存在する場合、ポート条件が満たされず、モデルは無効となります。
ポートの概念は導波管デバイスにも拡張できますが、導波管では電磁波は電気導体によって導かれるのではなく、導波管の壁によって導かれるため、ポートを回路極の観点から定義することはできません。したがって、この形式では回路導体極の概念は存在しません。導波管のポートは、電磁波が通過できる導波管の開口部または切れ目で構成されます。波が通過する境界のある平面がポートの定義です。[ 4 ]
導波管のポート解析には、複数の導波管モードが同時に存在し得る（そして場合によっては望ましい）という追加の複雑さがあります。このような場合、各物理ポートに対して、その物理ポートに存在する各モードごとに個別のポートを解析モデルに追加する必要があります。[ 5 ]
ポートの概念は、他のエネルギー領域にも拡張できます。ポートの一般的な定義は、エネルギーが1つの要素またはサブシステムから別の要素またはサブシステムに流れることができる場所です。[ 6 ] このポート概念の一般的な見方は、電気解析でポート条件がこのように定義されている理由を説明するのに役立ちます。例の図(c)のように、電流の代数和がゼロでない場合、外部発電機から供給されるエネルギーは、回路の極のペアに入るエネルギーと等しくありません。したがって、その場所でのエネルギー伝達は、1つのサブシステムから別のサブシステムへの単純な流れよりも複雑であり、ポートの一般的な定義を満たしません。
ポートの概念は、同じシステムに複数のエネルギー領域が関与し、機械電気類推やボンドグラフ解析のように統一的で一貫性のある解析が必要な場合に特に有用です。[ 7 ]エネルギー領域間の接続は、トランスデューサ によって行われます。トランスデューサは、電気領域から見ると1ポートですが、ポートのより一般的な定義では2ポートです。たとえば、機械アクチュエータは、電気領域に1つのポート、機械領域に1つのポートを持ちます。[ 6 ] トランスデューサは、電気2ポートと同様に、2ポートネットワークとして解析できます。つまり、2つの線形代数方程式または2×2伝達関数行列によって解析できます。ただし、2つのポートの変数は異なり、2ポートパラメータは2つのエネルギー領域の混合になります。たとえば、アクチュエータの例では、zパラメータには、1つの電気インピーダンス、1つの機械インピーダンス、および1つの電気変数と1つの機械変数の比である2つのトランスインピーダンスが含まれます。[ 8 ]
