功分器

概述

　　功分器全稱功率分配器，英文名Power divider，是一種將一路輸入信號能量分成兩路或多路輸出相等或不相等能量的器件，也可反過來將多路信號能量合成一路輸出，此時可也稱為合路器。一個功分器的輸出端口之間應(yīng)保證一定的隔離度。功分器按輸出通常分為一分二（一個輸入兩個輸出）、一分三（一個輸入三個輸出）等。功分器的主要技術(shù)參數(shù)有功率損耗（包括插入損耗、分配損耗和反射損耗）、各端口的電壓駐波比，功率分配端口間的隔離度、幅度平衡度，相位平衡度，功率容量和頻帶寬度等。

系列

　　1、400MHz-500MHz頻率段二、三功分器，應(yīng)用于一般無線電通訊、鐵路通信以及450MHz無線本地環(huán)路系統(tǒng)。

　　2、800MHz-2500MHz頻率段二、三、四微帶系列功分器，應(yīng)用于GSM/CDMA/PHS/WLAN室內(nèi)覆蓋工程。

　　3、800MHz-2500MHz頻率段二、三、四腔體系列功分器，應(yīng)用于GSM/CDMA/PHS/WLAN室內(nèi)覆蓋工程。

　　4、1700MHz-2500MHz頻率段二、三、四腔體系列功分器，應(yīng)用于PHS/WLAN室內(nèi)覆蓋工程。

　　5、800MHz-1200MHz/1600MHz-2000MHz頻率段小體積設(shè)備內(nèi)使用的微帶二、三功分器。

分類

ontent">　　功分器從結(jié)構(gòu)上分為兩大類：

　　(一)無源功分器，它的主要特點(diǎn)是：工作穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)間單，基本上無噪聲；而它的主要缺點(diǎn)是接入損耗太大。

　　(二)有源功分器由放大器組成，它的主要特點(diǎn)是:有增益，隔離度較高，而它的主要缺點(diǎn)是有噪聲，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜一些，工作穩(wěn)定性相對較差。功分器輸出的端口有二功分，三功分，四功分，六功分，八功分，十二功分。

　　下面對幾種常見的微帶功分器進(jìn)行分析與對比：

　　一、微帶分支線定向耦合器

　　微帶分支線定向耦合器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由兩根平行導(dǎo)帶組成，通過兩條分支導(dǎo)帶實(shí)現(xiàn)耦合，分支導(dǎo)帶的長度及其間隔均為四分之一線上波長。理想情況下端口1輸入無反射，輸入的功率由2、3端口輸出，端口4無輸出，即1、4端口相互隔離。由微波理論中的奇偶模分析法可以計算出，對于功率平分的情況，分支導(dǎo)帶的特性阻抗與輸入輸出線相同，而平行導(dǎo)帶的特性阻抗為輸入輸出線的1/，S12與S13有π/2的相位差。微帶分支線電橋主要用作微帶平衡混頻器，由于端口1和4相互隔離，故本振和信號互不影響，同時由微帶線的平面特性，混頻晶體很容易連接在端口上，電路結(jié)構(gòu)既簡單又緊湊。

　　圖1 微帶分支線定向耦合器

　　二、Wilkinson功分器

　　Wilkinson功分器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其輸入線和輸出線的特性阻抗都是。對于功率平分的情況，輸入和輸出口間的分支線特性阻抗=，線長為四分之一線上波長，在分支線末端跨接一個電阻R，其值為2。由微波理論可以證明，這種功分器當(dāng)2、3口接匹配負(fù)載時，1口的輸入無反射，反過來對2、3口也如此。由端口1輸入的功率被平分到端口2和3，且2、3端口間相互隔離。

　　圖2 Wilkinson功率二分器

　　三、雙線二分器

　　雙線二分器的結(jié)構(gòu)如圖3所示，

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它的結(jié)構(gòu)很簡單，而且能夠根據(jù)給定的輸入阻抗靈活地調(diào)整分支線的特性阻抗以達(dá)到良好的匹配，因此在天線的饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中得到了廣泛應(yīng)用，但它的缺點(diǎn)在于輸出端之間沒有很好的隔離。

技術(shù)指標(biāo)　

　　功分器的技術(shù)指標(biāo)包括頻率范圍、承受功率、主路到支路的分配損耗、輸入輸出間的插入損耗、支路端口間的隔離度、每個端口的電壓駐波比等。

　　頻率范圍

　　這是各種射頻/微波電路的工作前提，功分器的設(shè)計結(jié)構(gòu)與工作頻率密切相關(guān)。必須首先明確分配器的工作頻率，才能進(jìn)行下面的設(shè)計

　　承受功率

　　在大功分器/合成器中，電路元件所能承受的最大功率是核心指標(biāo)，它決定了采用什么形式的傳輸線才能實(shí)現(xiàn)設(shè)計任務(wù)。一般地，傳輸線承受功率由小到大的次序是微帶線、帶狀線、同軸線、空氣帶狀線、空氣同軸線，要根據(jù)設(shè)計任務(wù)來選擇用何種線。

　　分配損耗

　　指的是信號功率經(jīng)過理想功率分配后和原輸入信號相比所減小的量。此值是理論值，比如二功分3dB，三功分是4.8dB,四功分是6dB。（因功分器輸出端阻抗不同，應(yīng)使用端口阻抗匹配的網(wǎng)絡(luò)分析儀能夠測得與理論值接近的分配損耗）

　　插入損耗

　　指的是信號功率通過實(shí)際功分器后輸出的功率和原輸入信號相比所減小的量再減去分配損耗的實(shí)際值，（也有的地方指的是信號功率通過實(shí)際功分器后輸出的功率和原輸入信號相比所減小的量）。插入損耗的取值范圍一般腔體是：0.1dB以下；微帶的則根據(jù)二、三、四功分器不同而不同約為：0.4~0.2dB、0.5~0.3dB、0.7~0.4dB。

　　插損的計算方法：通過網(wǎng)絡(luò)分析儀可以測出輸入端A到輸出端B、C、D的損耗，假設(shè)3功分是5.3dB,那么，插損=實(shí)際損耗－理論分配損耗=5.3dB-4.8dB=0.5dB.

　　微帶功分器的插損略大于腔體功分器,一般為0.5dB左右,腔體的一般為0.1dB左右。由于插損不能使用網(wǎng)絡(luò)分析儀直接測出，所以一般都以整個路徑上的損耗來表示（即分配損耗+插損）：3.5dB/5.5dB/6.5dB等來表示二/三/四功分器的插損。

　　隔離度

　　指的是功分器輸出各端口之間的隔離，通常也會根據(jù)二、三、四功分器不同而不同約為：18～22dB、19～23dB、20～25dB。

　　隔離度可通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測，直接測出各個輸出端口之間的損耗，如上圖淡藍(lán)色曲線所示，BC間，及 CD間的損耗。

　　支路端口間的隔離度是功分器的另一個重要指標(biāo)。如果從每個支路端口輸入功率只能從主路端口輸出，而不應(yīng)該從其他支路輸出，這就要求支路之間有足夠的隔離度。

　　輸入/輸出駐波比

　　指的是輸入/輸出端口的匹配情況，由于腔體功分器的輸出端口不是50歐姆，所有對于腔體功分器沒有輸出端口的駐波要求，輸入端口要求則一般為：1.3~1.4 甚至有1.15的；微帶功分器則每個端口都有要求，一般范圍為輸入：1.2~1.3 輸出：1.3~1.4。

　　功率容限

　　指的是可以在此功分器上長期（不損壞的）通過的最大工作功率容限，一般微帶功分器為：30～70W平均功率，腔體的則為：100～500W平均功率。

　　頻率范圍

　　一般標(biāo)稱都是寫800～2200MHz，實(shí)際上要求的頻段是：824－960MHz加上1710～2200MHz，中間頻段不可用。有些功分器還存在800～2000MHz和800～2500MHz頻段

　　帶內(nèi)平坦度

　　指的是在整個可用頻段內(nèi)插損含分配損耗的最大值和最小值之間的差值，一般為：0.2~0.5dB。