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(hào)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(hào)能量合成一路輸出，此時(shí)可也稱為合路器。一個(gè)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(gè)輸入兩個(gè)輸出）、一分三（一個(gè)輸入三個(gè)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(duì)復(fù)雜一些，工作穩(wěn)定性相對(duì)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(duì)幾種常見的微帶功分器進(jìn)行分析與對(duì)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(jì)算出，對(duì)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(hào)互不影響，同時(shí)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(jiǎn)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(duì)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(gè)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(shí)，1口的輸入無反射，反過來對(duì)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(jiǎn)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(jì)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(gè)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(jì)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(jì)

　　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(jì)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(jì)任務(wù)來選擇用何種線。

　　分配損耗

　　指的是信號(hào)功率經(jīng)過理想功率分配后和原輸入信號(hào)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(cè)得與理論值接近的分配損耗）

　　插入損耗

　　指的是信號(hào)功率通過實(shí)際功分器后輸出的功率和原輸入信號(hào)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(hào)功率通過實(shí)際功分器后輸出的功率和原輸入信號(hào)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(jì)算方法：通過網(wǎng)絡(luò)分析儀可以測(cè)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(cè)出，所以一般都以整個(gè)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(huì)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(cè)，直接測(cè)出各個(gè)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(gè)重要指標(biāo)。如果從每個(gè)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(duì)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(gè)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(gè)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。