功分器有微带(Wilkinson)和腔体(电抗)两种
功分器有微带（Wilkinson）和腔体（电抗）两种
功分器有微带（Wilkinson）和腔体（电抗）两种功分器在无线分布系统中有广泛应用，它可以将基站的发射信号（Tx）分配成多路送到多个天线，同时可以将天线接收到的信号（Rx）返回基站接收机。
典型的二路功分器有微带（Wilkinson）和腔体（电抗）两种，二者各有优点，本说明阐述二者的区别电抗功分器和Wilkinson功分器的特点：电抗功分器一般为同轴结构，它将输入的50Ω阻抗变换为25Ω（使用内外导体的不同比率），25Ω阻抗可以与两个输出50Ω的并联阻抗良好匹配。
Wilkinson功分器通常用微带结构设计，由一对1/4波长阻抗为70.7Ω的带状线组成，输出端口之间串联一个100Ω的电阻。
2. 端口1（Port 1）输入的Tx信号:在腔体功分器中, Port 1 的输入信号变换为25Ω，可以与输出口Port 2（50Ω）和Port 3（50Ω）的并联阻抗良好地匹配，使输入端口具有良好的驻波VSWR。
在微带功分器中，信号平均分成等幅同相的两路 Port 2 和 3。
因为在电阻的两端电压相同，没有电流通过电阻。
1/4波长线的特性阻抗是70.7Ω（√2*50），当Port 2 和 3接50Ω负载时，输入端具有良好的驻波VSWR。
3. 端口2（ Port 2）输入的Rx信号:在腔体功分器中，Port 2 的输入信号是失配的，25%的信号会被反射掉， 25%的信号将传到输出口Port 3，50%将直接送到Port 1，等效为Rx信号损耗3 dB。
在微带功分器中，Port 2的信号是50Ω匹配的，但功率被负载电阻和Port 1平均分配。
电阻的作用是Ports 2 和 3的退耦，但同时对Rx信号有50%（3 dB）损耗。
4. 插损是无线分布系统设计的天敌腔体功分器内导体的材料用黄铜，表面镀银，外壳用铜或铝，用空气介质，可以认为是损耗最小的传输线（除超导），损耗通常为0.05 dB或更小，但通常标为0.1 dB，因为要测试这么小的插损非常困难。
功分器等器件的介绍
功分器－合路器无源器件根据实现原理分为微带型和腔体型两类。
微带型利用1/4波长的微带线，腔体型利用谐振腔。
相对而言，微带型器件便宜但插入损耗达0.5dB，而腔体型贵一些但插入损耗只有0.1dB。
功分器是最常见的无源器件，用于将一路信号均分为多路信号，起着功率平均分配的作用，常见的有二功分、三功分、四功分。
功分器反向应用就成了合路器。
耦合器是将一路信号分为不等的两路信号。
耦合器有三个端子，分别为输入、直通和耦合端。
根据输入与耦合端的功率差，分为5dB、6dB、7dB、10dB、15dB等多种型号，也可以根据直通和耦合端的比例，分为1:1，2:1，4:1等多种型号。
3dB电桥是一种特殊的耦合器，有两个输入端，直通和耦合端的比例为1:1，因此输入与耦合端的功率差为3dB。
3dB电桥用于将基站的信号合路，从效果上看相当于合路＋二功分。
合路器用于不同系统的信号合路，如GSM/PHS/WLAN/WCDMA等，因此可以理解为频率合路。
合路器中需要有滤波器。
功分器也可做合路器使用，例如二功分。
但是注意的是，二功分、3dB电桥与合路器在使用的过程中也有区别，比如从插损、功率、价格、隔离度等条件考虑使用。
1、二功分与3dB电桥：二功分与3dB的插损、隔离度差不多。
二功分做合路器使用插损3.4dB, 隔离度25dB,驻波较大,两端口in,一端口out。
3DB桥插损是3.2，隔离度也是25，驻波一般。
但是有两个输出口，比如输入两个30输出就是两个27。
3dB电桥的输出口也可随意定，两进一出\一进两出\两进两出其实都可以，多的一个口接上足够功率的负载就行了。
不接负载的其实也就是出厂就断接了,跟另接负载没什么两样的效果。
但是，对于驻波比要求高的时候只能用3dB。
另外，还要考虑器件的承受功率。
那么我想不通的是：在工程选择使用时，两者没有再实质性的区别么？2、二功分、3dB电桥与合路器：合路器:为选频合路器，以滤波多工方式工作，可实现两路以上信号合成，能实现高隔离合成，主要用于不同频段的合路，可提供不同系统间最小的干扰。
Wilkinson功率分配器设计报告
Wilkinson功率分配器设计报告一、设计指标要求工作频率0.9-1.1GHz；中心频率1GHz；通带内端口反射系数小于-10db；端口2和端口3之间的隔离度小于-10db；端口1和端口2的传输损耗小于3.1db。
二、功率分配器概述1.功率分配器定义功率分配器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路信号能量输出的器件(也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也可称为合路器)，可以等效为将输入功率分成相等或不相等的几路输出功率的一种多端口微波网络。
2.功率分配器分类及比较●功率分配器按路数分为：2 路、3 路和4 路及通过它们级联形成的多路功率分配器。
●功率分配器按结构分为：微带功率分配器及腔体功率分配器。
●根据能量的分配分为：等分功率分配器及不等分功率分配器。
●根据电路形式可分为：微带线、带状线、同轴腔功率分配器。
常用的功率分配器都是等功率分配，从电路形式上来分，主要有微带线、带状线、同轴腔功率分配器，几者间的区别如下：（1）同轴腔功分器优点是承受功率大，插损小，缺点是输出端驻波比大，而且输出端口间无任何隔离。
微带线、带状线功分器优点是价格便宜，输出端口间有很好的隔离，缺点是插损大，承受功率小。
（2）微带线、带状线和同轴腔的实现形式也有所不同：同轴腔功分器是在要求设计的带宽下先对输入端进行匹配，到输出端进行分路；而微带功分器先进行分路，然后对输入端和输出端进行匹配。
3.功率分配器基本原理根据设计要求，结合以上对各种类型功率分配器的比较，我选择Wilkinson功率分配器结构进行设计。
Wilkinson功率分配器是三端口网络，它的微带结构如图1 Wilkinson功率分配器微带结构所示。
其输入端口传输线特性阻抗为Z0，两段分支线的长度为λ/4，特性阻抗都是√2Z0，两个终端的负载阻抗为Z0。
图 1 Wilkinson功率分配器微带结构此三端口网络的散射参量为[S]=10j jj00j00]因为S11=S22=S33=0，所以理想情况下在中心频率它的3个端口完全匹配。
室分无源器件介绍2-2
合路器和电桥
合路器和电桥
电桥有3dB的损耗，工程应用中，也有RRU信号不接电桥直接进入分 布系统的情况，但是这样做会有两个问题 1、失去分集接收的增益。 2、会造成上下行功率不匹配，由此可能会引发掉话等问题。 所以我们在实际工程中都要求信源设备输出的信号经过电桥之后进入 分布系统。
两种类型：固定的和可变的，工程上多采用固定衰减器。 在工程测试中,用频谱仪测试信信号强度时,就要在频谱仪输入口加衰 减器,以免烧坏频谱仪. 衰减器是一个消耗多余功率的器件，在实际工程中应用很少。
负载是一种特殊的衰减器，衰减度为无限大。
负载用来防止系统空载，在实际工程中应用也很少。
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馈线
馈线是室分系统中使用量最大的。
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耦合器 耦合器的作用是将信号不均匀的分为主干端和耦合端（也叫直
通端和耦合端）。
按耦合度分有有5dB、 6dB、 7dB、 10dB、 15dB、 20dB、 25dB、30 dB、 35dB、 40dB等。 按结构分有腔体和微带
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耦合器
耦合度：信号经过耦合器，从耦合端输出的功率和输入信号功率 的差值。理想的是5dB、 6dB、 7dB等，但实际上有个波动范围， 比如标称6dB的耦合器，实际耦合度可能是5.5 dB~ 6.5dB之间。 耦合损耗：由于一定能量传输到耦合端，而引起主干线输出功率 的减小，减小的值就是耦合损耗。 主线损耗：耦合损耗+插入损耗
两进两出的电桥如果只有一个端口输出使用的话，另一端口必须连接 匹配功率的负载，不能小于两个信号功率电平和的1/2，否则将严重 影响到系统的传输特性。
功分器等器件的介绍
功分器等器件的介绍功分器（Power Divider）是一种被广泛应用于射频和微波电子领域的器件，用于将输入信号分成两个或多个相等的输出功率信号。
功分器在微波通信、天线阵列、雷达系统、卫星通信等应用中起到了至关重要的作用。
本文将介绍功分器的原理、类型以及各种器件的特点和应用。
1.功分器的原理功分器的基本原理是基于能量守恒和电磁场理论。
当输入信号进入功分器时，通过内部结构的分配器，将输入信号均匀地分配给各个输出端口。
这样，输出端口上的功率信号相等，并且相位差相等。
功分器的设计是根据不同的频率范围、功率需求和电路参数进行的。
2.功分器的类型根据功分器的结构和工作方式，可以将功分器分为以下几种类型：-微带线功分器：采用微带线技术制造的功分器，常用于高频段的设计。
它的结构简单，尺寸较小，并且容易集成到射频集成电路中。
-变压器功分器：利用变压器的原理，通过改变匝数比来实现功率分配。
它的结构简单，频率范围广，并且具有良好的电磁隔离性能。
-耦合器功分器：通过耦合器的相互耦合作用来实现功率分配。
耦合器功分器具有较宽的工作频带，但相对复杂一些。
-分配器功分器：采用多个功分器级联的方式，将输入功率均匀地分配给各个输出端口。
分配器功分器具有较高的功率承受能力和较好的隔离性能。
3.常见的功分器器件除了以上几种功分器类型，还有一些特殊应用场景下使用的功分器器件。
以下是其中一些常见的器件的介绍：- 集成插入式功分器（Integrated Wilkinson Power Divider）：它是一种采用微带线技术和变压器结构相结合的功分器。
具有减小尺寸、提高隔离度和降低损耗的特点。
常用于射频和微波集成电路的设计。
- 平衡功分器（Balanced Power Divider）：平衡功分器基于差模传输线的特性工作，具有减小传输线长度、提高功率功率承受能力和隔离度的特点。
广泛应用于射频天线阵列和双极化天线。
- 3dB 功分器（3dB Power Divider）：3dB 功分器是一种将输入功率均分成两个输出功率的器件。
代维考试试题题库2[1]汇总
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试题题库一、判断题1.1天线类知识1）天线的前后比是指天线前后瓣最大功率之比。
（√）2）前后比是表征天线指标的一个重要指标，但是对施主天线来讲并不是前后比越大越好。
（√）3）天线的半功率角又称为天线的波瓣宽度。
（√）4）天线的增益是天线的重要指标，它通常表示天线在某一个方向上能量的集中能力。
（√）5）目前，我们工程中使用的天线一般分为单极化与双极化天线。
（√）6）零值功率波瓣宽度，主要是指主瓣最大值两边两个零功率辐射方向之间的夹角。
（√）7）零点填充指为了使业务区内的辐射电平更均匀，在天线的垂直面内，下副瓣第一零点采用赋形波束设计加以填充。
（√）8）板状天线的上副瓣抑制的作用主要是减少对邻区的干扰，天线尽可能降低那些瞄准干扰区的副瓣，提高上副瓣抑制比，来改善覆盖区无用信号与有用信号之比。
（√）9）室外天线一般要求具备三防能力，所谓三防就是指防潮、防盐雾和防霉菌能力。
（√）10）天线增益较大时，天线的垂直波束宽度和水平波束宽度通常也较大；而当天线增益较低时，天线的垂直波束宽度和水平波束宽度通常也较小。
（X）11）天线安装高度过高会降低天线附近的覆盖电平(俗称“塔下黑”），特别是定向天线该现象更为明显。
（X）1.2网络类知识3）在移动通信系统中，采用定向小区可有效的扩大整个移动系统的容量。
（√）6）引入无线直放站与光纤直放站后，相对于原覆盖情况基站覆盖范围会缩小。
（√）8）基站的发射功率越大，覆盖距离越远，但是由于性价比限制了基站的最大发射功率。
（X）9）目前GSM网络的多址方式为频分多址和时分多址的混合多址方式。
（√）10）在GSM中，对上行链路和下行链路都可分别使用功率控制，而且可对每个处在专用模式下的移动台独立控制。
（√）17）基站子系统BSS通常包括收发信机BTS和基站控制器BSC两部分，通常一个BSC控制多个BTS。
（√）18）载波干扰保护比又称为载干比，就是指接收到的希望信号电平与非希望信号电平的比值。
基本射频和天线基础知识
GSM联通 909~960MHz
51MHz 0.6dBmax 18dBmin/20dB典型 0.4dBmax 80dBmin(825~880MHz) 300W max -140dBc ( +43dBm ×2) -30~+75℃ 标准N型
基本射频知识培训
常用参数测量方法
基本射频知识培训
培训目的
熟悉并掌握各类参数含义 熟悉并掌握相关测量方法
联通 DCS1800
DCS 1800 未发放
SCD MA
FDD 补充频段
DCC中SM1移C8C0动0 DCS1800
DCS1800 Tx 1805 – 1880
PCS1900 Rx 1850 - 1910
联通 DCS1800
DCS 1800 未发放
FDD 补充频段
中国
电信 PHS
CDM
A
WLL
TDD 主要频段
基本射频知识培训
基本射频知识
基本射频知识培训
培训目录
移动通信频谱划分 射频几个基本参数 无源器件基本知识
基本射频知识培训
电信和广播电视的工作频带分配
基本射频知识培训
移动通信频率
➢多址方式
1321
Time
30 kHz
Time
FDMA
Frequency
30 kHz
TDMA
Frequency
Time
测试仪表hp8741测试步骤测量框图如图所示图中方框下所示为该设备常用型号标量网络分析仪源输出经衰减器a衰减值a应保证大于待测品额定输出功率与标量网络分析仪最大输入功率的差值衰减器功率应大于待测品额定输出功率接至其输入入虚线所示调标量网络分析仪的中心频率为待测品中心频率扫频宽度为待测品宽度在传输测量方式下对时延进行直接校准在标量网络分析仪源输出与衰减器a之间并开通待测品从标量网络分析仪上直接读出待测品的传输时延
功分器等器件的介绍
功分器－合路器无源器件根据实现原理分为微带型和腔体型两类。
微带型利用1/4波长的微带线，腔体型利用谐振腔。
相对而言，微带型器件便宜但插入损耗达0.5dB，而腔体型贵一些但插入损耗只有0.1dB。
功分器是最常见的无源器件，用于将一路信号均分为多路信号，起着功率平均分配的作用，常见的有二功分、三功分、四功分。
功分器反向应用就成了合路器。
耦合器是将一路信号分为不等的两路信号。
耦合器有三个端子，分别为输入、直通和耦合端。
根据输入与耦合端的功率差，分为5dB、6dB、7dB、10dB、15dB等多种型号，也可以根据直通和耦合端的比例，分为1:1，2:1，4:1等多种型号。
3dB电桥是一种特殊的耦合器，有两个输入端，直通和耦合端的比例为1:1，因此输入与耦合端的功率差为3dB。
3dB电桥用于将基站的信号合路，从效果上看相当于合路＋二功分。
合路器用于不同系统的信号合路，如GSM/PHS/WLAN/WCDMA等，因此可以理解为频率合路。
合路器中需要有滤波器。
功分器也可做合路器使用，例如二功分。
但是注意的是，二功分、3dB电桥与合路器在使用的过程中也有区别，比如从插损、功率、价格、隔离度等条件考虑使用。
1、二功分与3dB电桥：二功分与3dB的插损、隔离度差不多。
二功分做合路器使用插损3.4dB, 隔离度25dB,驻波较大,两端口in,一端口out。
3DB桥插损是3.2，隔离度也是25，驻波一般。
但是有两个输出口，比如输入两个30输出就是两个27。
3dB电桥的输出口也可随意定，两进一出\一进两出\两进两出其实都可以，多的一个口接上足够功率的负载就行了。
不接负载的其实也就是出厂就断接了,跟另接负载没什么两样的效果。
但是，对于驻波比要求高的时候只能用3dB。
另外，还要考虑器件的承受功率。
那么我想不通的是：在工程选择使用时，两者没有再实质性的区别么？2、二功分、3dB电桥与合路器：合路器:为选频合路器，以滤波多工方式工作，可实现两路以上信号合成，能实现高隔离合成，主要用于不同频段的合路，可提供不同系统间最小的干扰。
功分器的设计原理
设计资料项目名称：微带功率分配器设计方法拟制：审核：会签：批准：二00六年一月微带功率分配器设计方法1. 功率分配器论述：1.1定义：功率分配器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路信号能量输出的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也可称为合路器。
1.2分类：1.2.1功率分配器按路数分为：2路、3路和4路及通过它们级联形成的多路功率分配器。
1.2.2功率分配器按结构分为：微带功率分配器及腔体功率分配器。
1.2.2根据能量的分配分为：等分功率分配器及不等分功率分配器。
1.2.3根据电路形式可分为：微带线、带状线、同轴腔功率分配器。
1.3概述：常用的功率分配器都是等功率分配，从电路形式上来分，主要有微带线、带状线、同轴腔功率分配器，几者间的区别如下：（1）同轴腔功分器优点是承受功率大，插损小，缺点是输出端驻波比大，而且输出端口间无任何隔离。
微带线、带状线功分器优点是价格便宜，输出端口间有很好的隔离，缺点是插损大，承受功率小。
（2）微带线、带状线和同轴腔的实现形式也有所不同：同轴腔功分器是在要求设计的带宽下先对输入端进行匹配，到输出端进行分路；而微带功分器先进行分路，然后对输入端和输出端进行匹配。
下面对微带线、带状线功率分配器的原理及设计方法进行分析。
2．设计原理：2.1分配原理：微带线、带状线的功分器设计原理是相同的，只是带状线的采用的是对称性空气填充或介质板填充，而微带线的主要采用的是非对称性部分介质填充和部分空气填充。
下面我们以一分二微带线功率分配的设计为例进行分析。
传输线的结构如下图所示，它是通过阻抗变换来实现的功率的分配。
图1：一分二功分器示意图在现有的通信系统中，终端负载均为50Ω，也就是说在分支处的阻抗并联后到阻抗结处应为50Ω。
如上图匹配网络，从输入端口看Ω==500Z Z in ，而Ω==50//21in in in Z Z Z ，且是等分的，所以1in Z =2in Z ，①处1in Z 、②处2in Z 的输入阻抗应为100Ω，这样由①、②处到输出终端50Ω需要通过阻抗变换来实现匹配。
功分器的指标
功分器的指标摘要：功分器全称功率分配器，是⼀种将⼀路输⼊信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成⼀路输出，此时可也称为合路器。
⼀个功分器的输出端⼝之间应保证⼀定的隔离度。
功分器的主要技术参数有功率损耗（包括插⼊损耗、分配损耗和反射损耗）、各端⼝的电压驻波⽐，功率分配端⼝间的隔离度、功率容量和频带宽度等。
功分器通常是成对使⽤，先将功率分成若⼲份，然后分别放⼤，再合成输出。
⼴泛应⽤于射频微波⼤功率固态发射源的功率放⼤器中。
功分器种类种类：功分器⼀般有⼆功分、三功分和四功分3种。
功分器从结构上分⼀般分为：微带和腔体2种。
腔体功分器内部是⼀条直径由粗到细程多个阶梯递减的铜杆构成,从⽽实现阻抗的变换,⼆微带的则是⼏条微带线和⼏个电阻组成,从⽽实现阻抗变换。
功分器主要指标 主要指标：包括分配损耗、插⼊损耗、隔离度、输⼊输出驻波⽐、功率容限、频率范围和带内平坦度。
1、分配损耗：指的是信号功率经过理想功率分配后和原输⼊信号相⽐所减⼩的量。
此值是理论值，⽐如⼆功分3dB，三功分是4.8dB,四功分是6dB。
（因功分器输出端阻抗不同，应使⽤端⼝阻抗匹配的⽹络分析仪能够测得与理论值接近的分配损耗） 2、插⼊损耗：指的是信号功率通过实际功分器后输出的功率和原输⼊信号相⽐所减⼩的量再减去分配损耗的实际值，（也有的地⽅指的是信号功率通过实际功分器后输出的功率和原输⼊信号相⽐所减⼩的量）。
插⼊损耗的取值范围⼀般腔体是：0.1dB以下；微带的则根据⼆、三、四功分器不同⽽不同约为：0.4~0.2dB、0.5~0.3dB、0.7~0.4dB。
插损的计算⽅法：通过⽹络分析仪可以测出输⼊端A到输出端B、C、D的损耗，假设3功分是5.3dB,那么，插损＝实际损耗－理论分配损耗＝5.3dB-4.8dB=0.5dB. 微带功分器的插损略⼤于腔体功分器,⼀般为0.5dB左右,腔体的⼀般为0.1dB左右。
功分器、耦合器、电桥_原理与分析
功分器、耦合器、电桥原理与分析2010-05-21 13:00本文主要介绍通信链路上的部分无源器件，介绍器件的外观、作用、种类、主要技术指标定义和范围等。
1功分器1）功分器的作用：是将功率信号平均地分成几份，给不同的覆盖区使用。
2）种类：功分器一般有二功分、三功分和四功分3种。
功分器从结构上分一般分为：微带和腔体2种。
腔体功分器内部是一条直径由粗到细程多个阶梯递减的铜杆构成，从而实现阻抗的变换，二微带的则是几条微带线和几个电阻组成，从而实现阻抗变换•主要指标：包括分配损耗、插入损耗、隔离度、输入输出驻波比、功率容限、频率范围和带内平坦度。
以下对各项指标进行说明：l分配损耗：指的是信号功率经过理想功率分配后和原输入信号相比所减小的量。
此值是理论值，比如二功分3dB,三功分是4.8dB,四功分是6dB。
（因功分器输出端阻抗不同，应使用端口阻抗匹配的网络分析仪能够测a得与理论值接近的分配损耗）____________________耦合器和三功分器图示分配损耗的理论计算方法：如上图所示。
比如有一个30dBm勺信号，转换成毫瓦是1000毫瓦，将此信号通过理想3功分器分成3份的话,每份功率=1000十3= 333.33毫瓦，将333.33毫瓦转换成dBm=10lg333.33=25.2dBm,那么理想分配损耗二输入信号—输出功率= 30-25.2=4.8dB,同样可以算出2功分是3dB, 4功分是6dBl插入损耗：指的是信号功率通过实际功分器后输出的功率和原输入信号相比所减小的量再减去分配损耗的实际值，（也有的地方指的是信号功率通过实际功分器后输出的功率和原输入信号相比所减小的量）。
插入损耗的取值范围一般腔体是：0.1dB 以下；微带的则根据二、三、四功分器不同而不同约为：0.4~0.2dB 、0.5~0.3dB 、0.7~0.4dB 。
插损的计算方法：通过网络分析仪可以测出输入端 A 到输出端B、C、D 的损耗，假设3功分是5.3dB,那么，插损二实际损耗—理论分配损耗二5.3dB-4.8dB=0.5dB.微带功分器的插损略大于腔体功分器, 一般为0.5dB 左右, 腔体的一般为0.1dB 左右。
室分器件基本介绍
常工程上我们多 采用固定衰减器。目前我们多采用的有5dB、
10dB、15dB、20dB、 30dB、40dB等。衰减器我们最关注的指标是衰
减大小、功率容量 大小等。
1
无源器件原理介绍
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q衰减器
3
在相当宽的频段范围内一种相移为零、其衰减和
对负载最基本的要求是阻 抗匹配和所能承受的功率。
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1.全向吸顶天线 2.定向吸顶天线 3.对数周期天线 4.定向板状天线
无源器件原理介绍
A
Q天线类
B
1.全向吸顶天线
01
添加标题
无源器件原理介绍 Q天线类
02
添加标题
左为双极化天线，右为单极 化天线。
5w10lg5000=37dBm
○ 10w10lg10000=40dBm ○ 20w10lg20000=43dBm ○ 从以上不难看出，功率每增加一倍，电平值增加
3dBm。
○ 射频基本参数介绍 ○ q功率/电平
无源器件原理 介绍
q工程用无源 器件介绍
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All
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Reserved.
无源器件原理介绍 q定向耦合器
定向耦合器必须掌握 几个关键指标： Ø耦合度 Ø插入损耗 Ø功率容量 Ø工作频带 © 2006CNTTR. All Rights Reser ved.
无源器件原 理介绍 PARTqO定N向E耦合 器
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指标说明
GSM联通 909~960MHz
功分器的设计范文
功分器的设计范文功分器是一种常见的无线通信电路元件，用于将输入信号分配到多个输出端口上，常用于天线阵列、无线信号接收和传输系统中。
功分器的设计需要结合具体的应用需求和性能指标，本文将从功分器的基本原理、设计流程和优化方法等方面进行详细探讨。
1.功分器的基本原理：功分器的基本原理是将输入信号经过特定的网络分配到多个输出端口上，使得每个输出端口上的功率尽可能相等。
常见的功分器有微带功分器和负荷耦合功分器两种类型。
微带功分器由微带线和阻抗变换网络组成，通过微带线上的特定尺寸和形状来实现不同端口的功率分配。
负荷耦合功分器则是通过负荷和相应的耦合元件来实现功率的分配。
2.功分器的设计流程：(1)确定应用需求：首先需要明确功分器的工作频率范围、输入和输出阻抗、功率分配比等参数，以确定功分器的基本设计要求。
(2)选择功分器类型：根据应用需求和性能指标选择合适的功分器类型，如微带功分器或负荷耦合功分器。
(3)设计网络参数：根据所选功分器类型，设计微带线或耦合元件的尺寸和参数。
(4)优化设计：通过仿真和实验等方法对功分器进行优化设计，使得功率分配更加均匀，并满足其他性能要求。
(5)制作和测试：根据设计完成PCB板的制作，并进行实测，验证设计的性能指标和工作频率范围。
3.功分器的优化方法：(1)耦合元件的优化：负荷耦合功分器中，耦合元件的参数对功率分配有较大影响，可以通过仿真和试错法来得到较优的耦合元件参数。
(2)反馈网络的设计：通过添加适当的反馈网络，可以改善功分器的频率响应和工作稳定性。
(3)多级结构的设计：将多个功分器级联，可以实现更细致的功率分配和增强功分器的带宽性能。
(4) 调控电路的设计：通过添加可调控的电路结构，如 PIN diode 或变容二极管等，可以实现功分器的可调功分功能。
(5)高精度制作工艺：利用先进的微加工技术和高精度制作工艺，如光刻和无线电频率电子束均匀在生长环境的真空中被扫描的实验技术（EBL），可以提高功分器的性能和稳定性。
功分器的内部结构
功分器的内部结构功分器是一种被广泛应用于微波和毫米波系统中的无源器件，用于将输入功率平均地分配到多个输出端口上。
它通常由两个关键部分组成：功分器结构和分支线结构。
1.功分器结构功分器结构主要包括平面波导结构和微带线结构两种。
平面波导结构：平面波导功分器通常由金属板制成，其内部有多个微带线和馈电线构成。
功分器的输入馈电线将电能从输入端引入，通过多个微带线分支将电能分配到多个输出端口上。
通过合理设计微带线和分支线的几何参数，可以实现不同分支输出功率的控制。
微带线结构：微带线功分器通常由金属化介质基板上的导电纹线和金属地面构成。
纹线通过转接结构与输入馈电线相连，再通过不同长度的微带线分支连接到多个输出端口。
通过控制微带线分支的长度和位置，可以实现功率分配的平衡性。
2.分支线结构分支线结构是功分器内部的关键组成部分，用于将输入功率分配到多个输出端口上。
常见的分支线结构包括等长相位分支线结构和非等长相位分支线结构。
等长相位分支线结构：等长相位分支线结构中，分支线的长度都相等。
当输入功率进入分支线后，会根据分支线的长度和相位匹配来均匀分配到各个输出端口上。
这种结构通常用于功分器需要提供相等输出功率的应用。
非等长相位分支线结构：非等长相位分支线结构中，分支线的长度和相位不相等。
非等长相位分支线结构能够实现功率的非均匀分配，根据分支线的长度和相位差，可以灵活控制输出功率的分布。
总结起来，功分器的内部结构主要包括功分器结构和分支线结构两个部分。
功分器结构通常由平面波导结构或微带线结构构成，用于引导和分配输入功率。
分支线结构是功分器内部的关键组成部分，用于将输入功率分配到多个输出端口上，包括等长相位分支线结构和非等长相位分支线结构两种形式。
通过合理设计这些结构，功分器能够实现输入功率的均匀分配和输出功率的控制。
无源器件基础综述
而上图作为合路器来讲，信号分别从out1和 out2输入。由于out1和out2是两个不同的信号 源，它们在A、B两点的频率和相位均不相同。 此时R上就有电流流过。经理论计算，R上承载 的功率是1/2out1＋1/2out2。如果out1和out2 分别输入10W功率，那么R至少要选10W以上的功 率电阻。同理说明out1和out2到达“IN”的功率 只能是1/2out1＋1/2out2
N为功分器路数
总损耗 3.25 5.1 6.5 9.8
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隔离度：当主路接匹配负载时，各输出口的对端隔离。 幅度平衡：指频带内所有输出端口之间的幅度误差最大 值。 驻波比：指沿着信号传输方向的电压最大值和相邻电压 最小值之间的比率。 注:驻波比和回波损耗是描述器件同一电气指标的两种不 同的表达方式。
功分器通常为能量的等值分配，通过阻抗变换线 的级联与隔离电阻的搭配，具有很宽的频带特性。功 分器基本分配路数为2路、3路和4路，通过它们的级联 可以形成多路功率分配。
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微带二功分器的电气指标
带内波动(dB) 隔离度(dB) 驻波比 回波损耗(dB) 幅度平衡度(dB) 相位平衡度(°) 阻抗(Ω ) 三阶互调(dBc) 接口类型 功率容量(W) 工作温度(℃) 外形尺寸(mm) 重量(kg) ≤±0.2 20 ≤1.22 ≥20 ≤0.2 ≤5 50 ≤-140@+43dBm×2 N-F >100 -30~+70 216×68×16 0.27
（5dB/6dB/7dB/10dB/15dB/20dB/25dB/30dB/40dB/50dB）
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若按照使用频段划分: 1）806～960MHz 频段定向耦合器 2）806～2200MHz频段定向耦合器 3）806～2500MHz频段定向耦合器 4）1710～2500MHz频段定向耦合器（小灵通频段）
不同系列功分器
不同系列功分器、耦合器的特性分析南京博翔电子有限公司是一个民办的无源部件专业厂，研制、生产移动通信用的功分器、耦合器、合路器、中功率负载等多个系列产品。
以低损耗、宽频带、高可靠、防水为特点，深受国内外网络商的青睐。
其中功分器、耦合器分为同轴腔体结构和微带、带线结构两大系列。
为便于用户对这些不同系列产品的深入了解，笔者从设计原理、阻抗计算、传输特征等方面分析了不同系列产品的特点，供用户参考。
1、同轴腔体功分器、耦合器下面以二功分器为例，分析、计算各端口的阻抗关系、传输特征（三功分、四功分数据见表1）图1：同轴腔体二功分器原理示意图1.1功分器的设计原理本质上是一个阻抗变换器，二功分的阻抗变换比为2:1即输入端（A点）阻抗为50Ω，变换到B点，B点阻抗R BA=25 Ω,在B点分路，输出口C1、C2分别端接R L1、R L2用户终端（例如天线，以下简称终端），两个终端并联，正好跟B点匹配。
但是请注意，单个端口C1（或C2）跟B点是不匹配的，其内阻 Z C内等于R BA 与另外一个终端负载R L2（或R L1）并联。
即 Z C内=25 Ω || 50 Ω=16.667 Ω输出端口C1（或C2）的驻波比1.2 信号传输特征1.2.1 正向传输（下行通道）下行信号，由输入口A传输到B点，并在B点分路，分别传送到R L1、R L2 两个终端。
虽然单个输出口与终端负载不匹配，但是如1.1分析的，当功分器的二个输出口同时端接负载时，A→B的驻波比ρ应该满足技术条件ρ<1.2:1。
输出口C1 (或C2)与负载R L1(或R L2)的大驻波反射不会进入到AB阻抗变换段，只可能在R L1-C1-B-C2-R L2之间来回反射，最终达到平衡，下行信号将一分为二，全部送到二个终端。
1.2.2反向传输（上行通道）来自终端的上行信号，送到端口C1(或C2)，C1口的驻波比ρ =3:1反射系数Γ= (ρ–1) /(ρ +1) =0.5反射功率P反=|Γ|2=0.25即25%的信号功率被反射回去，75%送到B点。
威尔金森功分器设计
威尔金森功分器设计威尔金森（Wilkinson）功分器是一种被广泛应用于微波和射频电路中的功率分配器。
它可以将输入功率均匀地分配到多个输出端口上，同时保持相对较低的插入损耗和反射损耗。
该设计是由威尔金森在1960年首次提出的，至今仍被广泛使用。
威尔金森功分器的基本原理是利用两个负载和两个耦合器来实现功率的分配。
它的结构简单，由一个中央传输线和两个分支传输线组成。
中央传输线被连接到输入端口，而分支传输线则与两个输出端口相连。
两个耦合器被用来连接中央传输线和分支传输线，以实现功率的分配。
在威尔金森功分器中，输入功率通过中央传输线传输到两个分支传输线上。
在分支传输线的连接点处，耦合器将一部分功率耦合到负载上，同时将另一部分功率传输到另一个分支传输线上。
这样，输入功率就被均匀地分配到两个输出端口上。
为了保持较低的插入损耗和反射损耗，威尔金森功分器要求分支传输线具有相同的特性阻抗，并且耦合器能够实现理想的功率分配。
在实际设计中，可以使用微带线、同轴电缆或波导等不同的传输线类型来实现威尔金森功分器。
威尔金森功分器的设计需要考虑多个参数，包括特性阻抗、分支传输线的长度和宽度、耦合器的设计等。
通过合理选择这些参数，可以实现所需的功率分配比例和频率响应。
尽管威尔金森功分器在功率分配方面表现出色，但它也存在一些限制。
首先，它只能实现功率的均匀分配，不能实现不同比例的功率分配。
其次，威尔金森功分器的设计需要考虑较多的参数，对于频率较高的应用来说，设计和制造的难度会增加。
总之，威尔金森功分器是一种常用的功率分配器，广泛应用于微波和射频电路中。
它的设计原理简单，通过合理选择参数可以实现所需的功率分配比例。
然而，设计师在使用威尔金森功分器时需要考虑一些限制，以确保其性能和可靠性。
功分器的内部结构
功分器的内部结构功分器是一种电子器件，用于将输入功率分成不同比例的输出功率。
它在通信、雷达、无线电频谱分析仪等领域广泛应用。
功分器的内部结构包括分束器/结构件、耦合器和功率检测器等。
一、分束器/结构件：功分器的分束器/结构件通常由多个导波路径组成，每个导波路径具有不同的长度，以实现对输入功率的分束。
分束器/结构件可以采用行波或反射式结构，主要包括平面波导、插入式波导和微带线等。
下面介绍几种常见的分束器/结构件：1.平面波导分束器：使用金属波导，其内部具有平衡耦合的传输线，采用镂空线或多模线的方式，通过不同长度的平行线路对输入功率进行分束。
2.插入式波导分束器：采用插入式的波导结构，在输入波导上装有一系列平面波导贴片，通过平面波或插入波导的特性，实现对输入波电磁能量的分别。
3.微带线分束器：微带线功分器是一种采用印刷电路技术制作的微带线结构，通过改变微带线的宽度、印刷介质厚度和长度等参数，实现对输入功率的分束。
二、耦合器：功分器中的耦合器用于将输入功率引导到分束器/结构件中，通常采用耦合孔、插入式结构或者变阻抗耦合的方式。
耦合器有以下几种类型：1.扫描耦合器：通过改变耦合器的相对位置，实现对输入功率的扫描，并将功率分散到不同的导波路径。
2.杠杆耦合器：通过在耦合路径的不同位置设置微波阻抗差异，来分配输入功率。
3.变阻抗耦合器：通过阻抗的变化来实现对输入功率的分配，变阻抗可以通过使用高度控制的器件、PIN二极管等实现。
三、功率检测器：功率检测器用于测量每个输出端口的功率水平。
根据功率检测器的类型不同，可以实现不同的功率测量方式，如直接法测量、间接法测量和耦合法测量。
常用的功率检测器有二极管检测器和热电检测器。
1.二极管检测器：二极管检测器是最常见的功率检测器，它通过将输入功率与一个可调的直流电压进行整流和平滑处理，从而得到一个与功率成正比的直流电压信号。
2.热电检测器：热电检测器通常由热电偶和电阻测试电路组成。
功分器的内部结构
功分器的内部结构功分器（Power Divider）是一种被广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信和微波电路设计等领域的被动器件。
功分器的内部结构可以根据不同的设计要求和应用场景而有所差异，但通常由以下几个基本部分组成：输入端口（input port）、输出端口（output port）、分配网络（dividing network）和微带线（microstrip line）。
功分器的输入端口是用来接收来自信号源的信号，一般为一个主端口。
输出端口用于将输入端口的信号进行分配，一般有两个或多个。
分配网络是功分器中最关键的部分，它起到将输入的信号分配到输出端口的作用。
微带线用来连接输入端口、输出端口和分配网络，通常是一条宽度为λ/4的微带线（其中λ是输入信号的工作波长）。
接下来，将详细介绍一种常见的功分器结构：Rat-Race功分器。
Rat-Race功分器是一种被广泛应用于微波电路设计的功分器结构，其内部结构如下：1. 输入端口（input port）：Rat-Race功分器的输入端口通常是一个传输线，也可以是一个微带线。
输入端口需要具备较宽的带宽，以满足不同频段的工作要求。
2. 输出端口（output port）：Rat-Race功分器的输出端口一般有三个，其数量可以根据设计要求进行调整。
输出端口通常是微带线，并且需要保证它们之间的电气特性相同，以确保功分器的分配性能。
3. 分配网络（dividing network）：Rat-Race功分器的分配网络是其核心部分，负责将输入信号等分到每个输出端口上。
分配网络由一组等长的传输线构成，这些传输线呈180度折叠形式排列，形成一个环形结构。
该结构使得每根传输线的长度相等，从而实现了输入信号的等分配。
4. 微带线（microstrip line）：Rat-Race功分器的输入端口、输出端口和分配网络之间通常通过微带线相连。
微带线是一种常用的传输线结构，由一片绝缘介质和金属线构成。
功分器设计报告
功分器设计报告组员：指导老师：日期：2013年5月3日功分器基本原理功分器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时也可称为合路器，一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。
种类：功分器一般有二功分、三功分和四功分3种。
功分器从结构上分一般分为：微带和腔体2种。
腔体功分器内部是一条直径由粗到细程多个阶梯递减的铜杆构成,从而实现阻抗的变换,二微带的则是几条微带线和几个电阻组成,从而实现阻抗变换。
功分器通常备为能量的等值分配，通过阻抗变换线的级联与隔离电阻的选择，具有很宽的频带特性。
参数说明：插入损耗：器件直通损耗，其计算公式为所有的路数的输出功率之和与输入功率的比值，或单路的实际直通损耗减去理想的分配损耗，一般理想分配损耗由下式获得：理想分配损耗（dB）=10log（1/N）N为功分器路数N=2 3.0dBN=3 4.8dBN=4 6.0dB隔离度：当主路接匹配负载时，各分配支路之间的衰减量。
幅度平衡：指频带内所有输出端口之间的幅度误差最大值。
相位平衡：指频带内各输出端口之间相对于输入端口相移量的起伏程度。
图是二路功分器的原理图。
图中输入线的特性组抗为Z0,两路分支线的特性阻抗分别为Z02和Z03，线长为λ/4 , λ/4为中心频率时的带内波长。
图中R2,R3为负载阻抗，R为隔离阻抗。
对功分器的要求是：两输出口2和3的功率按一定比例分配，并且两口之间相互隔离，当两口接匹配负载时，1口无反射。
下面根据上述要求，确定Z02 、Z03、R2、R3及R的计算公式。
设2口、3口的输出功率分别为P2、P3 ，对应的电压为V2、V3 .根据对功分器的要求，则有：P3=K2P2 |V3|2/R3=K2|V2|2/R2式中K为比例系数。
为了使在正常工作时，隔离电阻R上不流过电流，则应V3=V2 于是得R2=K2R3若取R2=KZ0则R3=Z0/K因为分支线长为λe0/4，故在1口处的输入阻抗为：Zin2=Z022/R2 Zin3=Z032/R3为使1口无反射，则两分支线在1处的总输入阻抗应等于引出线的Z0，即Y0=1/Z0=R2/Z022+R3/Z032若电路无损耗，则|V1|2/Zin3=k2|V1|2/Zin2式中V1为1口处的电压所以Zin=K2Z03Z02=Z0[(1+K2)/K3]0.5Z03=Z0[(1+K2)K]0.5设计目标工作频率：1.5—2.5GHz插入损耗：≤1dB隔离度：≥20dB (3个端口)幅度不平度：≤1dB相位不平度：≤3º输入输出驻波比：≤1.5电路仿真电路仿真采用ADS2011软件，原理图如下图所示：原理图经过多次优化之后，各项指标均能达到设计要求，仿真曲线如下所示：原理图隔离度S23原理图发射系数S111.851.901.952.002.052.102.151.802.20-28-26-24-22-30-20freq, GHzd B (S (2,3))1.851.901.952.002.052.102.151.802.20-24.0-23.5-23.0-24.5-22.5freq, GHzd B (S (1,1))原理图插入损耗S21电磁场仿真场仿真采用HFSS10.0软件，3D 模型及仿真曲线如下图所示3D 模型1.851.901.952.002.052.102.151.802.20-3.125-3.120-3.115-3.110-3.130-3.105freq, GHzd B (S (2,1))S参数仿真曲线版图设计经过ADS软件仿真及优化之后，通过Layout得到仿真版图如下图所示：版图经过HFSS软件可导出CAD版图，如下图所示：CAD版图实验调试根据CAD版图，可制得实际版图，经过简单的焊接工作之后，制作的功分器如图所示：实物图将功分器连接电缆与频谱分析仪连成回路，经过频谱仪操作，可测得测试曲线如下图所示：S21参数测试曲线相位不平度测试曲线S11参数测试曲线隔离度测试曲线幅度不平度测试曲线数据分析通过测试曲线，可知功分器基本工作在1.8-2.2GHz；S11参数最小值为-4.394dB，考虑到仪器本身的3dB损耗，可知插损为1.394dB，略大于1dB，未达到插损≤1dB的设计指标；相位不平度最大值为2.718°，数值小于等于3°，达到设计指标；设计指标中要求输入输出驻波≤1.5，经过换算可得S11≤-14dB才能满足设计要求，而测试数据中S11参数最大值为-15.517dB，满足设计要求；工作频率范围内，隔离度为24.244dB ~ 26.824dB，满足隔离度≥20dB的设计要求；幅度不平度最大值为0.465dB，达到幅度不平度≤1dB的设计指标。
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5. 系统的可靠性和安全性
对微带功分器来说，如果电缆或天线损坏，可能造成功分器的开路或短路。但因为输出间有隔离，一个臂的问题不会影响到另一臂。但是，还有一种情况是Tx 信号被反射，而Tx信号比Rx信号大许多倍。因为微带要求体积小，其电阻额定功率也小，一般为100mw，所以，对于消耗Rx信号是没有问题的，但当电路（天线、电缆）开路或短路时产生的反射Tx信号，足够烧坏这个脆弱的电阻。一旦电阻烧坏，功分器将不会正常工作，使网络的恢复更加困难。
4. 插损是无线分布系统设计的天敌
腔体功分器内导体的材料用黄铜，表面镀银，外壳用铜或铝，用空气介质， 可以认为是损耗最小的传输线（除超导），损耗通常为0.05 dB或更小，但通常标为0.1 dB，因为要测试这么小的插损非常困难。
微带功分器采用微带设计，具有固有的0.3 到0.5 dB的损耗。听起来并不大，但经过多个功分器的累积，结果是很大的。
3. 端口2（ Port 2）输入的Rx信号:
在腔体功分器中，Port 2 的输入信号是失配的，25%的信号会被反射掉， 25%的信号将传到输出口Port 3，50%将直接送到Port 1，等效为Rx信号损耗3 dB。
在微带功分器中，Port 2的信号是50Ω匹配的，但功率被负载电阻和Port 1平均分配。电阻的作用是Ports 2 和 3的退耦，但同时对Rx信号有50%（3 dB）损耗。
电抗功分器和Wilkinson功分器的特点：
电抗功分器一般为同轴结构，它将输入的50Ω阻抗变换为25Ω（使用内外导体的不同比率），25Ω阻抗可以与两个输出50Ω的并联阻抗良好匹配。
Wilkinson功分器通常用微带结构设计，由一对1/4波长阻抗为70.7Ω的带状线组成，有电阻可烧，所以一旦解决了开路或短路问题，即可马上恢复正常工作。
综上所述，腔体功分器和微带功分器工作方式非常相似，但腔体功分器插
入损耗更小。虽然输出端口间隔离有好处,但隔离电阻可靠性问题与之抵触。
2. 端口1（Port 1）输入的Tx信号:
在腔体功分器中, Port 1 的输入信号变换为25Ω，可以与输出口Port 2（50Ω）和Port 3（50Ω）的并联阻抗良好地匹配，使输入端口具有良好的驻波VSWR。
在微带功分器中，信号平均分成等幅同相的两路 Port 2 和 3。因为在电阻的两端电压相同，没有电流通过电阻。1/4波长线的特性阻抗是70.7Ω（√2*50），当Port 2 和 3接50Ω负载时，输入端具有良好的驻波VSWR。
功分器在无线分布系统中有广泛应用，它可以将基站的发射信号（Tx）分配成多路送到多个天线，同时可以将天线接收到的信号（Rx）返回基站接收机。
典型的二路功分器有微带（Wilkinson）和腔体（电抗）两种，二者各有优点，本说明阐述二者的区别