室内分布系统有哪些无源器件

室内分布系统有哪些无源器件

室内分布系统中长用的器件分有源器件和无源器件,它们都属于线性互易元件。线性互易元件只对微波信号进行线性变换而不改变频率特性,并满足互易原理。

无源器件指像滤波器、分配器、谐振回路等以实现信号匹配、分配、滤波等; 有源器件指像微波晶体管、微波固态谐振器等以实现信号产生、放大、调制、变频等。室内分布系统中经常用到的无源器件有功分器、耦合器、基站耦合器、合路器、电桥、干线放大器、负载、射频电缆等。

一、功分器

1. 概念

功分器(全称功率分配器)一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等能量的器件,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。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。使用功分器时,若某一输出口不接输出信号,必须接匹配负载,不应空载。

2. 主要指标

功分器的主要技术参数有插入损耗、分配损耗、驻波比,功率分配端口间的隔离度、功率容量和频带宽度等。下表是宽频腔体功分器一些典型指标(参考):

频带宽度:这是各种射频/微波电路的工作前提,功分器的设计结构与工作频率密切相关。必须首先明确功分器的工作频率,才能进行下面的设计

功率损耗:分为分配损耗和插入损耗。

分配损耗:主路到支路的分配损耗实质上与功分器的功率分配比有关,其计算公式

为所有路数的输出功率之和与输入功率的比值,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

插入损耗:输入输出间的插入损耗是由于传输线(如微带线)的介质或导体不理想等因素,考虑输入端的驻波比所带来的损耗。

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。每个端口的电压驻波比越小越好。

功率容量:电路元件所能承受的最大功率。

在分布系统中,功分器作为下行信号来说是个功率分配器,对上行信号来讲又是个(小信号)合路器。功分器上标注的功率是指输入端口的最大输入功率,而作为(小信号)合路器来讲,不能在输出端口按标注的功率输入信号。功分器不宜作大功率合成使用,两个大功率的载波信号合成建议采用3dB 电桥。

隔离度:本振或信号泄漏到其他端口的功率和原功率之比。如果从每个支路端口输入功率只能从主路端口输出,而不应该从其他支路输出,这就要求支路之间有足够的隔离度。一般大于20dB。

二、耦合器

1. 概念

耦合器常用于对规定流向微波信号进行取样。在无内负载时,定向耦合器往往是一四端口网络。

定向耦合器是一种低损耗的器件,它接受一路输入信号而输出两路在在理论上有下列特性的信号

a) 输出的幅度不相等。

主线输出端为较大的信号,基本上可以看作直通,耦合线输出端为较小信号。

b) 主线上的理论损耗决定与耦合线的信号电平,即决定于耦合度。

c) 主线和耦合线高隔离度。

直接点说耦合器的作用是将信号不均匀地分成2 分(称为主干端和耦合端,也有的称为直通端和耦合端)。

2. 主要指标

主要指标:耦合度、功率损耗、隔离度、方向性、输入输出驻波比、功率容限、频段范围、带内平坦度等。下表是宽频腔体耦合器一些典型指标(参考):

耦合度:信号功率经过耦合器,从耦合端口输出的功率和输入信号功率直接的差值。(一般都是理论值如:6dB、10dB、30dB 等)

耦合度的计算方法:若输入信号A 为30dBm 而耦合端输出信号C 为24dBm

则耦合度=C-A=30-24=6dB,所以此耦合器为6dB 耦合器。实际耦合度可能在

5.5~

6.5 之间波动。

功率损耗:分为耦合损耗和插入损耗。

耦合损耗:理想的耦合器输入信号为A,耦合一部分到B,则输出端口C 必定就要有所减少。

计算方法:将所有端口的“dBm”功率转换成“毫瓦”为单位表示,比如A 输入端的功率原来是30dBm,转换成“毫瓦”是1000 毫瓦,而耦合端的输出是25.5dBm(先假设用的是6dB 耦合器,并且6dB 耦合器实际耦合度是6.5dB),将25.5dBm 转换成毫瓦是:316.23 毫瓦。再假设此耦合器没有其它损耗,那么剩下的功率应该是

1000-316.23=683.77 毫瓦,全部由输出端输出。将683.77 毫瓦转换成“dBm”=28.349, 则耦合器的耦合损耗=输入端的功率(dBm)-输出端的功率(dBm)=30dBm-28.349dBm=1.651dB,这个值指的是耦合器没有额外损耗(器件损耗)的情况下的耦合损耗。

插入损耗:指的是信号功率经过耦合器至输出端出来的信号功率减小的值再减去耦合损耗所得的数值。

计算方法:以6dB 耦合器为例,在实际测试中假设输入A 是:30dBm,耦合度实测是:6.5dB,输出端的理想值是28.349dBm,再实测输出端的信号,假设是

27.849dBm,那么插损=理论输出功率-实测输出功率=28.349-27.849=0.5dB;

隔离度:指的是输出端口和耦合端口之间的隔离;一般此指标仅用于衡量微带耦合器,如5-10dB 为18~23dB,15dB 为20~25dB,20dB(含以上)为: 25~30dB;腔体耦合器的隔离度非常好所以没有此指标要求。

计算方法:当输入端接匹配负载时,将信号由输出端输入,测耦合端减小的量即为隔离度。

方向性:指的是输出端口和耦合端口之间的隔离度的值再减去耦合度的值所得的值,由于微带的方向性随着耦合度的增加逐渐减小最后30dB 以上基本没有方向性,所以微带耦合器没有此指标要求,腔体耦合器的方向性一般为:1700~ 2200MHz 时:17~19dB,824~960MHz 时:18~22dB。

计算方法:方向性=隔离度-耦合度

例如6dB 的隔离度是38dB,耦合度实测是6.5dB,则方向性=隔离度-耦合度

=38-6.5=31.5dB。

驻波比:指的是输入/输出端口的匹配情况,各端口要求则一般为:1.2~1.4。

功率容限:指的是可以在此耦合器上长期(不损坏的)通过的最大工作功率容限,一般微带耦合器为:30~70W 平均功率,腔体的则为:100~200W 平均功率。在耦合器上标注的功率同样是指输入端口的最大输入功率,输出口和耦合端口不能用标注的最大功率输入。

频率范围:一般标称都是写800~2200MHz,实际上要求的频段是:824- 960MHz 加上1710~2200MHz,中间频段不可用。有些功分器还存在800~ 2000MHz 和

800~2500MHz 频段

带内平坦度:指的是在整个可用频段耦合度的最大值和最小值之间的差值。

基站耦合器:是耦合器中特殊的一种,主要用在耦合基站信号的时候。它的一些典型参数如下: