第12讲-功分器分解
功分器
90°功率分配/合成器性能特点● 最大输入功率2W（连续波）● 低插损、高隔离● 良好的幅/相平衡性● 驻波系数小● 50Ω阻抗匹配，电性能稳定可靠● 多种标准封装形式可选● 满足军用工作环境要求：-55℃～+85℃极限参数● 最大输入功率：2W● 工作温度范围：-55℃～+85℃● 储存温度范围：-65℃～+125℃使用说明● 电路输入输出用50Ω微带线连接，要求二路输出微带线电长度一致● 大功率应用时应采用散热措施，以确保散热良好安装时要求管壳底部与地紧密接触，保证接地良好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。
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。
技术指标说明插入损耗器件的直通损耗，其计算公式为所有路的输出功率之和与输入功率的比值。
或者单路的实际直通损耗减去理想的分配损耗。
（理想分配损耗=10log(1/N) N为功分器路数）隔离度当主路接匹配负载时，各分配支路之间的衰减量。
幅度平衡频带内所有输出端口之间的幅度误差最大值。
相位平衡频带内所有输出端口之间相对于输入端口相移量起伏程度。
180°功率分配/合成器性能特点最大输入功率2W（连续波）低插损、高隔离良好的幅/相平衡性驻波系数小50Ω阻抗匹配，电性能稳定可靠多种标准封装形式可选满足军用工作环境要求：-55℃～+85℃极限参数最大输入功率：2W工作温度范围：-55℃～+85℃储存温度范围：-65℃～+125℃使用说明电路输入输出用50Ω微带线连接，要求二路输出微带线电长度一致大功率应用时应采用散热措施，以确保散热良好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。
功分器、电桥与功率合成技术基础讲义PPT46页
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
46
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
功分器、电桥与功率合成技术基础讲义
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
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。
功分器的用法功分器有哪些系列
功分器的用法功分器有哪些系列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，那么你对功分器的使用方法了解多少呢?以下是由店铺整理关于功分器的用法的内容，希望大家喜欢!功分器的用法功分器的技术指标包括频率范围、承受功率、主路到支路的分配损耗、输入输出间的插入损耗、支路端口间的隔离度、每个端口的电压驻波比等。
频率范围这是各种射频/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。
必须首先明确分配器的工作频率，才能进行下面的设计。
承受功率在大功分器/合成器中，电路元件所能承受的最大功率是核心指标，它决定了采用什么形式的传输线才能实现设计任务。
一般地，传输线承受功率由小到大的次序是微带线、带状线、同轴线、空气带状线、空气同轴线，要根据设计任务来选择用何种线。
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)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。
由于插损不能使用网络分析仪直接测出，所以一般都以整个路径上的损耗来表示(即分配损耗+插损)：3.5dB/5.5dB/6.5dB等来表示二/三/四功分器的插损。
功分器
功分器、耦合器、电桥、双工器原理与分析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. 3）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的信号，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÷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＝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＝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、定向耦合器及应用简介
由于平行耦合导体之间的电磁场的相互作用， 使耦合信号传播的方向正好与入射信号的传播 方向相反，因而把这种定向耦合器叫反向定向 耦合器。 图2.14（a）为窄边带线耦合器，图2.14（b） 为宽边带线耦合器。对上述两种单节反向定向 耦合器，假定信号由端口1输入，由端口2、3 输出，端口4无信号输出，为隔离端。值得注 意的是输出信号相差90º ，端口2的相位超前端 口3 90º 。 经常用独立的偶模和奇模来分析和表示定向 耦合器，把两个模叠加就能得到最后结果，详 细分析可参看有关资料，这里只给出设计用公 式。
图中T1是阻抗变换变压器，按照理想 变压器阻抗与匝数的平方成正比，可以 求出T1变压器初次级匝数之比等于 2 （7/5=1.4≈ 2 ）。T2是匝数相同的分配变 压器，实际电路中还并联了几只电容， 它与T1、T2变压器的漏感构成谐振回路， 以改善高频特性。 图1.12和1.13分别为四功分器和三功分 器。
T型功分器由于结构简单，既可以用同 轴线，也可以用微带线实现，因而在基 站天线阵中，大量用它作为馈电网络。T 型功分器的缺点是输出端口彼此不隔离， 因此也把T型功分器叫无隔离功分器。
2、Wilkinson功分器
图1.2所示为匹配Wilkinson功分器的结构 示意图。
信号由端口1输入，由端口2、3输出。所有 端口的负载阻抗均为Z0，当Z1=Z2= 2 Z0，R= 2Z0时，由端口1输入的功率，由端口2、3同相 等功率输出。 在中心工作频率，Wilkinson功分器具有以下 特性： 输入、输出端口完全匹配； 端口2、3彼此隔离，隔离度在20dB以上； 宽频带，VSWR≤1
双分支线定向耦合器是由周长为λ的方形环 状传输线构成的分支线定向耦合器，如图2.7所 示。也可以看成主要是由两根传输线组成，主 线传输线1-3利用两个间隔λ/4且λ/4长的分支线 耦合到辅助传输线2-4上，耦合系数由串联臂和 并联臂的阻抗比Z2/Z1决定，输入输出端均有相 同的特性阻抗Z0。
功分器基础知识
功分器－技术指标
备注２：有时用户会希望有40dB的隔离度，这种要求合理吗？
l
对功分器来说，不合理。
l 在实验室条件下，功分器的隔离度可以很高。因为此时仪器校准完毕
后，测试端口基本是理想的，同时试验室使用的连接于输入端的负载的 驻波较小。如果要求40dB的隔离度的，要求输入端的驻波为34dB(40dB3dB-3dB),回波损耗为34dB，此时要求驻波为1.04，也就是说，实际使用 中必须使用驻波为1.04的器件接在功分器的输入端，这基本上不可能。
功分器－技术指标
（３）分配损耗－也叫作功分器的理论损耗。Ad＝10log（1/N ） 。
（４）插入损耗－由于传输线的介质或导体不理想等因素，由各种非理想状态引入 的损耗。 （ IL）
IL ＝Ａ－ Ad
（Ａ－实际测量值； Ad －分配损耗值）
损耗－输出端与输入端功率比（＝ 10lg(pout/pin)。是分配损耗与插入损耗之 和，也就是测试时直接从仪器上读出的S21值。
２. 耦合器的技术指标
（１）频率范围 （２）耦合度-耦合精度、波动范围 （３）插入损耗 （４）隔离度 （５）方向性 （６）驻波比
耦合器－技术指标
基本技术指标－耦合度
耦合度波动±0.2dB 平均耦合度
耦合精度 标称耦合度(20dB)
1
2
6dB C1
20dB C2
耦方合向度性 隔离度
耦合度
基本技术指标－方向性
ER越低，线越宽。
相同ER与阻抗： H越大，线越宽；
H越低，线越窄。
3.举例说明
T
功分器－基础设计
Z1(W1) R1
Z2(W2) R2
Z3(W3) R3
耦合器－基本概念
《功分器基础知识》课件
03
功分器的设计
设计流程
需求分析
明确功分器的设计目标 、应用场景和性能要求
。
方案设计
根据需求分析，选择合 适的方案，包括确定功 分器的结构、材料和尺
寸等。
仿真优化
利用仿真软件对设计的 功分器进行性能预测和 优化，确保满足设计要
回波损耗
总结词
回波损耗是指功分器输入端口信号反射的程度。
详细描述
回波损耗的大小反映了功分器与传输线路的匹配程度。回波损耗越小，表示功 分器与传输线路的匹配越好，信号传输效率越高。
06
功分器的优化与改进
减小插入损耗的优化方法
采用低损耗材料
选择具有低损耗特性的材料，如低损耗的陶瓷或聚合物，可以降 低功分器的插入损耗。
04
功分器的应用
通信系统中的应用
信号分配
功分器可以将一个信号源的功率分配 到多个输出端口，用于以用于 构建无线基站，将信号传输到不同的 天线，实现信号的覆盖和传输。
扩频通信
在扩频通信系统中，功分器可以将扩 频信号分配给多个用户，实现多用户 通信。
测量仪器
如频谱分析仪、功率计等，用 于测试功分器的实际性能。
设计参数
工作频率
功分器的工作频率范围，影响其应用场景和 性能。
隔离度
功分器端口之间的隔离程度，影响其端口之 间的相互干扰。
插入损耗
功分器传输信号时的能量损失，是评价其性 能的重要指标。
电压驻波比（VSWR）
衡量功分器匹配程度的重要参数，影响信号 传输的质量。
《功分器基础知识》ppt 课件
contents
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2018/11/17
9
三端口网络（T型结）
因为是无耗的，所以幺正条件满足：
* S13 S 23 0 * * S12 S13 S 23 S33 0 * * S 23 S12 S33 S13 0
S12 S13 1 S12 S 23 1 S13 S 23 S33 1
2018/11/17
2
2
2
2
S31 S32 1
2
2
6
三端口网络（T型结）
这些方程能用下面两种方法之一来满足。即
S12 S23 S31 0
或
S12 S32 S13 1 21
S12 S23 S31 1
S21 S32 S13 0
上述结果表明对于 i j，有 Sij S ji，这意味着该 器件必定是非互易的。
P3 (1 ) P 1
（a）功率分配
P 1 P 2 P 3
分配器
P2 P3
（b）功率组合
2018/11/17 3
分配器和耦合器的基本特性
特性
• 三端口网络采用T型结和其他功分器形式，二 四端口网络采用定向耦合器和混合网络形式。 • 功分器经常是等分（3dB）也有不相等的功分 比。 • 定向耦合器可以设计成任意功率分配比，而混 合结一般是等功率分配。 • 混合结在输出端口之间有 90（正交）或 180 （魔 T）相移
注意：这种结不能同时在全部端口匹配。 此处讨论的结是不存在传输线损耗的无耗结。
2018/11/17
12
各种T型结功率分配器
（a）
(b)
（C）
图5 （a）E平面波导T型结；（b）H平面波导T型结； （C）微带T型结
2018/11/17 13
无耗分配器
各个无耗T型结全部能模型化成三条传输线 的结。
Z1
2018/11/17 8
三端口网络（T型结）
若无耗互易三端口网络只有两个端口是匹配的， 则在实际中可以实现。假设端口1和端口2是匹 配端口，则 矩阵 S 表示为：
0 [S ] S 21 S31 S12 0 S32 S13 0 S S 23 12 S33 S13 S12 0 S 23 S13 S 23 S33
2018/11/17 7
三端口网络（T型结）
其解的矩阵表示形式如图2所示。
② ①
0 0 1 1 0 0 S 0 1 0
0 1 0 0 0 1 S 1 0 0
② ①
③
③
（a）顺时针环形器
（b）逆时针环形器
图2 两种类型的环形器及其 S 矩阵(端口的相位参考点是任意的) 分析：这两者的区别仅在于各端口间功率流的方向，（a） 只允许功率流从端口1到端口2，或从端口2到端口3，或从 端口3到端口1，而（b）则有相反的功率流方向。
0 j S e 0
e j 0 0
0 0 e j
①
S12 e j
S33 e j
②
③
2018/11/17
图3 在端口1和端口2匹配的互易、无耗三端口网络
11
T型结功率分配器
定义：简单的三端口网络，用于功率分配或 功率组合。可用任意类型的传输线制作。
[S ] S12 S13 0 S23 S 23 0
2018/11/17
5
三端口网络（T型结）
若网络是无耗的，则 S 矩阵必定是幺正的，这蕴 含着下列条件：
* S31 S32 0 * S 21 S 23 0 * S12 S13 0
S12 S13 1 S 21 S 23 1
+
Z0
V0
-
jB
Z2
Yin
2018/11/17
图6 无耗T型结的传输线模型
14
无耗分配器
为了使分配器与特性阻抗为 Z0的传输线匹配，必须有
1 1 1 Yin jB （B表示集总电纳） Z1 Z 2 Z0
假定传输线是无耗的（或低损耗），则特性阻抗是 实数。假定B=0，则
1 1 1 Z1 Z 2 Z 0
S13 S23 0 ， 则 S12 S33 1 得出：
2018/11/17 10
2 2
2
2
2
2
2
三端口网络（T型结）
该网络的散射矩阵和对应的信号流图如图3所示，可 以看出改网络实际上由两个分开的器件组成，一个是 匹配的二端口传输线，另一个是完全失配的一端口网 络。
S21 e j
功率分配器及分析
李秀萍 北京邮电大学
2018/11/17 1
Outline
基本特性
• 三端口网络
T型结功率分配器
• • 无耗分配器 电阻性分配器
Wilkinson功率分配器
2018/11/17
2
分配器和耦合器的基本特性
Hale Waihona Puke 定义 无源微波器件，用于功率分配或功率组合
P 1
P2 P 1
分配器
2018/11/17
16
例1.考虑一个无耗T型结功率分配器，其 源阻抗为50 。求出使输入功率分配 比为2：1的输出特性阻抗。计算从输 入端往里看的反射系数。
2018/11/17
17
解：假定在结处电压是 V0 ，如图所示，输入到匹 配的分配器的功率比是：
1 V0 2 Pin 2 Z0 而输出功率是： 2 1 V0 1 P P 1 in 2 Z1 3
2018/11/17
4
三端口网络（T型结）
功分器最简单的类型，具有一个输入和两个输 出的三端口网络。其散射矩阵有9个独立的矩 阵元：
S11 [S ] S 21 S31 S12 S 22 S32 S13 S 23 S33
若所有端口是匹配的，则 Sii 0 ，并且若网络是 互易的，则 0 S12 S13
2018/11/17
15
总结：可以选择输出传输线特性阻抗 Z1 和 Z2 ，以 提供所需要的的各种功率分配比。所以，对于50 的输入传输线，3dB（等分）功率分配器能选用 两个100 的输出传输线。如有必要，可用四分 之一波长变换器将输出传输线的阻抗变换到所希 望的值。若二输出传输线是匹配的，则输入传输 线也是匹配的。两个输出端口没有隔离，且从输 出端口看是匹配的。