无源器件讲义
无源器件 主要工作参数： 工作频带 插入损耗 分配比 隔离度 驻波比 功率容量 无源交调 接头类型
功率分配器
无源器件
功率分配器
插入损耗
是分配损耗以外的不可还原的损耗，当分配器用作合成器 时的损耗称为合成损耗，合成损 耗等于插入损耗+分配损 耗。当合成器输入信号幅度频率相位均相同时，合成损耗 中的分配损耗为0。
无源器件
滤波器是一种二端口网络，有选择频率的特性。 分类：低通、高通，带阻、带通。 技术：二项式（巴特沃斯），切比雪夫、椭圆函数
滤波器
主要参数： RF插入损耗
波纹 带宽 矩形系数 阻带抑制
无源器件
双工器
双工器是频分双工体制收发信系统的一种重要部件，起 着对接收机和发信机在同时工作时收发频率隔离作用，一般 由收发滤波器组成，后接一共有部件至天线。
名称 型号 频率范围 驻波比 分配损耗 插损 最大输入功率 阻抗 接头 体积 重量 环境温度 相对湿度
功分器
名称 型号 频率范围 分配损耗 插损 驻波比(所有端口) 隔离度 3 dB ≤0.3 dB RD-52N/NP-B0
RD-5 2 （3/4）N /NP-B0
微带功分器 RD-53N/NP-B0 800~2200MHz 4.8 dB ≤0.5 dB ≤1.2 :1 ≥20dB 6 dB ≤0.4 dB RD-54N/NP-B0
P1
① ④ P4 P3 耦合 装置
P2
②
③
耦合装置的耦合方式有孔、分支线、耦合线等形成不同的 定向耦合器。
无源器件—功率分配元器件
定向耦合器
(1) 耦合度 输入端“①”的输入功率P1与耦合端“③” 的输出功率P3之比定义为耦合度，记作C。
C=10 lg
P 1 P3
（dB）
无源器件—功率分配元器件
微波器件 无源器件
简介
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
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
各种无源、有源元器件是微波系统的重要组成 部分，它们的功能是对微波信号进行必要的处 理和变换
无源器件器件
器件工作原理 关键技术参数 器件选型
无源器件
从工程应用的角度重点介绍 连接匹配元件 功率分配元器件 微波谐振元件 微波铁氧体器件
无源器件—连接匹配元件
简介
连接匹配元件： 终端负载 微波连接元件 阻抗匹配元件
无源器件—连接匹配元件
终端负载
终端负载：
连接在传输系统终端实现终端短路、 匹配、标准失配等功能的元件
定向耦合器应用
用途： 信号注入 功率流监测 测定驻波比 信号采样
无源器件—功率分配元器件
定向耦合器
主要技术参数
工作频带 插入损耗 回波损耗 耦合度 方向性 功率容量 接头类型 无源交调
无源器件
功率分配器
在微波电路中，为了将微波功率按一定比 例分成两路或多路，必须使用功率分配器。 功率分配器类型很多，有同轴线型、带状 线型或微带线型等。 功率分配器的主要指标有：功率分配比、 工作频带、输出口隔离、输入电压驻波比 等。在大功率系统中还有功率容量的要求
3 4
13 14
无源器件—功率分配元器件
定向耦合器
(4) 输入驻波比 端口“②、③、④”都接匹配负载时的输 入端口“①”的驻波比定义为输入驻波比。
ρ=
1 S11 1 S11
无源器件—功率分配元器件
定向耦合器
工作带宽 工作带宽是指定向耦合器的上述C、I、D、 ρ等参数均满足要求时的工作频率范围。
名称 型号 频率范围 驻波比 分配损耗 插损 最大输入功率 阻抗 接头 体积 重量 环境温度 相对湿度
功分器
RD-5 2 （3/4）N /NP-F2
宽频微带功分器 RD-52N/NP-F1 ≤1.2 :1 3 dB RD-53N/NP-F1 800~2500MHz ≤1.25 :1 4.8 dB 0.1dB : 800~2200MHz 0.2dB : 2200~2500MHz 200W 50Ω N-K 202×43×25mm 0.36 kg 129×89×23mm 0.39 kg -40℃ ~ +75℃ ≤95% 202×61×43mm 0.42 kg ≤1.3 :1 6 dB RD-54N/NP-F1
无源器件
原理
GSM/CDMA频段合路器
GSM/CDMA 双频段合路器是为了满足移动通信实际工程而设计， 其原理是 GSM 频段和 CDMA频段两种滤波器的有效组合。采用压 缩、陷波和高Q值等先进的设计方法、数控加工及铝镀银工艺综合 而成，使其具有合分路损耗小、双频段间抑制度高、功率容量大、
温度稳定性好等特点。
无源器件—功率分配元器件
简介
在微波系统中，需将微波功率按一定比 例分成两路或多路，必须使用功率分配器 件。 功率分配器包括：定向耦合器、功分器、 微波分支器。
无源器件—功率分配元器件
定向耦合器
定向耦合器是一种具有定向传输特性的四端口元件，是由 耦合装置联系在一起的两对传输系统构成的。如图示：
无源器件
合路器
功率分配与合成，包括电桥和频段混合器
电桥适用于同频段信号合路
频段混合器适用于不同频段信号的合路
无源器件
3分贝电桥
微波混合电桥是一四端口网络，它的特性是其中有两个端口
相互隔离，另两个端口等功率输出，可以用作等功率分配器。
微波混合电桥的主要指标有：功率平衡度、相位平衡度、隔
离度、输入电压驻波比、工作带宽等。
无源器件器件
器件工作原理
无源器件器件 传输线分类 ： 1、微带线
器件工作原理
无源器件器件 2带状线
器件工作原理
无源器件器件 3、同轴线
器件工作原理
无源器件
关键技术参数
工作带宽 插入损耗 回波损耗 带外抑制 无源交调 功率容限
微波器件
分类
微波元器件按性质分为三类：
频响与带宽 ：
同轴衰减器通常工作于标称的宽频带内。
平均功率 ：
为使器件特性不发生改变或免受永久性损坏所允许的最大连续功 率 值，衰减器的能量耗散单元具有热转换功能，高功率衰减器需要散 热片、散热 器或二者的结合使用。
峰值功率 ：
为器件特性不发生改变或免受永久性损坏所允许的最大脉冲功率 系 值，对应于一定脉宽和循环周期脉冲的传输，传输功率与连续功率 的百分比为 负载数（负荷因数）。
重量
环境温度 相对湿度
0.2 kg
0.3 kg
-35℃ ~ +75℃ ≤95%
0.4 kg
功分器
RD-52（ 3/4）S/SP-C0
名称 型号 频率范围 分配损耗 插损 驻波比（所有端口） 功率容量 阻抗 接头 体积 90×86×22mm 3 dB ≤0.4 dB RD-52S/SP-C0
双频带功分器 RD-53S/SP-C0 800~960MHz 4.8 dB ≤0.5 dB ≤1.3 :1 15W 50Ω S-K 134×96×22mm 174×101×22mm 6 dB ≤0.6 dB RD-54S/SP-C0
短路负载：实现微波系统短路的器件。
无源器件—连接匹配元件
终端负载
性能指标：
工作带宽 回波损耗 无源交调 功率容限 接头类型
无源器件—连接元件
衰减器是二端口互易元件
衰减器
衰减器最常用的是吸收式衰减器 工程中通常使用的是同轴型衰减器 由“π”型或“T”衰减网络组成。 同轴衰减器通常有固定及可变衰减两种。
重量
环境温度 相对湿度
0.2 kg
0.3 kg
-35℃ ~ +75℃ ≤95%
0.4 kg
功分器
RD-5 2 （3/4）N /NP-F1
宽频微带功分器 RD-52N/NP-F1 ≤1.2 :1 3 dB RD-53N/NP-F1 800~2400MHz ≤1.25 :1 4.8 dB 0.1dB : 800~2200MHz 0.2dB : 2200~2400MHz 200W 50Ω N-K 202×43×25mm 0.36 kg 129×89×23mm 0.39 kg -40℃ ~ +75℃ ≤95% 202×61×43mm 0.42 kg ≤1.3 :1 6 dB RD-54N/NP-F1
无源器件—连接匹配元件
终端负载
匹配负载：是一种几乎能全部吸收输入功率的单端口元件。 同轴线匹配负载是由在同轴线内外导体间放置圆锥或阶梯 形吸收体构成 微带匹配负载一般用半圆形的电阻作为吸收体，具有频带 宽，功率容量大的特点。 失配负载：既能吸收一部分微波功率又反射一部分微波功 率，一般制成一定驻波的标准失配负载，主要用于测量。
无源器件—连接元件
衰减器
衰减器主要用于检测系统中控制微波信号 传输能量、消耗超额能量，因而扩展信号 测量的动态范围，诸如功率计，频谱分析 仪，放大器，接收器等。
无源器件—连接元件
衰减器性能指标
衰 减 值：
标准衰减值从0分贝围通常以1分贝递增，更大的衰减值由用户指定
无源器件
3分贝电桥
RB-NKC1 等系列大功率电桥，也叫合路器，是用于把两个基站
的信号或两路载波信号合路馈送到天线或电缆中，每一天馈系统
都具有两个载波的信号，或是把一路载波等分成两路输出到天馈
系统中。
大功率电桥有 800~960MHz、1710~2200MHz、800~2200MHz 三 种频段，每一种频段的大功率电桥都有 N-K和D-K（7/16）型两种 接头形式。 大功率电桥具有输入隔离度高、RF损耗小、功率容量大的特点。
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电子元件之无源器件
主要特性：良好的稳定性：电压的改变对阻值的影响极小，且具有负温度 系数。 高频特性好：可制成高频电阻器和超高频电阻器。固有噪声电动 势小：在10UV/V以下。应用范围广泛：适用于交流、直流和脉冲电路。
2.金属膜电阻（RJ）
陶瓷管架上用真空蒸发或烧 渗法形成金属膜（镍铬合 金）。
主要特点：功率负荷大： 体 积小。温度系数小，电流 噪声小。耐热，稳定性能 高，高频特性好。精度高： 0.05％～0.5％。阻值范围 宽：1Ω～620MΩ。
电阻的分类:
电阻符号
按阻值特性:固定电阻、可调电阻、特种电阻。
按用途分：普通型、精密型、功率型、高压型、高阻型、高频型、 保 险型。
按制造材料:碳膜电阻、金属膜电阻、线绕电阻等. 按安装方式: 插件电阻、贴片电阻.
1.碳膜电阻器（RT）：
在陶瓷管架上高温沉积碳氢化合物的电阻材料，并在其表面涂上环氧树脂 密封保护而成的。
按输出函数特性：可分为线性电位器和非线性电位器。其中非线性有对数式 （D型）与指数式（Z型）之分
常 见 电 位 器
电阻器的型号命名
国产电阻器的的型号由四部分组成，第一部分是主称，用R表示，第二部 分代表电阻体的材料，第三部分代表类别，第四部分代表类别序号。
RJ
6
1
产品序号，用数字表示，区别外形尺寸；J：金属膜；X：线绕。） 主称，（用字母，R:电阻；W:电位器；M:敏感电阻。）
其中前两位表示两位有效数字，第三位数字 N表示应乘以的倍率，即把前两位数乘以10 的N次方，阻值小于100Ω时直接用两位数标 志。读出单位都是Ω，≥1000Ω时应化为KΩ， ≥1000KΩ时应化为MΩ。
数码直标电阻
如：56表示56Ω；101表示10乘以10的1次方等于100Ω；223表示22乘 以10的3次方，即22KΩ；105不是105Ω而是1MΩ等等。
无源器件基础知识
无源器件基础知识⒈功率分配器功率分配器的任务是把射频功率按一定比例分成两路或多路。
通常采用的功率分配器是T型接头或T型接头的变形，其类型有波导型、同轴线型、带状线型或微带线型等。
图1.1是典型的微带三端口功率分配器。
图1.1 三端口功率分配器当信号从端口1输入时，功率从端口2和端口3输出，只要设计恰当，两输出可按一定比例分配，并保持同相，隔离电阻R中没有电流，不吸收功率。
若端口2或端口3稍有失配，则有功率反射回来，被电阻R吸收，从而保证两输出端有良好的隔离，并改善输出的匹配。
功率分配器的主要技术指标要求是：功率分配比、工作频带、两输出端的隔离度，输入电压驻波比，功率容量等。
⒉定向耦合器⑴分类定向耦合器的类型很多，按其耦合输出方向分类，有同向定向耦合器（图2.1-a ）和反向定向耦合器（图2.1-b）。
（a） (b)图2.1 同向和反向定向耦合器按其传输线类型分类，可分为波导定向耦合器、同轴线定向耦合器、带状线或微带线定向耦合器等。
常用传输线类型如图2.2所示。
按其耦合强弱分类，可分为强耦合定向耦合器和弱定向耦合器。
通常称0dB、3dB等定向耦合器为强耦合器；20dB、30dB等定向耦合器为弱定向耦合器；而直径分贝值为中等耦合定向耦合器。
按其承受功率分类，可分为小功率定向耦合器和大功率定向耦合器。
按其输出相位分类，有90°定向耦合器。
图2.2 常用传输线截面图⑵定向耦合器的技术指标耦合度设图2.1-b的定向耦合器中端口1的归一入射电压为a1，端口4耦合输出的反射波电压为b4，则输出电压与入射电压之比，叫电压耦合系数，即而功率耦合系数是若用分贝表示，则得分贝耦合系数是由于定向耦合器的输入功率P1必定大于耦合输出功率P4,所以分贝耦合系数为负值。
但习惯上只称它的绝对值。
我们通常就把分贝耦合系数的绝对值称为耦合度。
图2.1-b 定向耦合器的端口1的输入功率一部分被耦合输出到耦合端口4，造成输出端口2的功率损失，称为耦合损耗。
无源器件精选光耦合器PPT演示文稿
2
μW，两个输出端口的输出功率分别为 90 μW和 85 μW，另一输入端口输出功率为 6.3 nW，求：
1) 器件的分光比；2） 插入损耗。
24
20
介质薄膜型波长耦合器
自聚焦透镜 介质薄膜滤波器
2 1
1+ 2
21
4波长介质膜波长耦合器
介质薄膜3
4
22
介质薄膜2
1+ 2+ 3+ 4
3 11
介质薄膜1
22
Any Question?
23
思考题
1
请结合书籍和网络，谈谈光纤连接器的最新 进展和市场应用情况。
提交报告1份!
2×2双锥形光纤耦合器的一端口的输入功率为 200
微器件型
拓扑结构不同 树型耦合器
星型耦合器
5
光功率耦合器—Splitter
❖定义：对同一波长的光功率进行分路或合路 ❖功能：光信号的分配、合成、提取、监控等。
N×N
1×N
6
22光纤耦合器
输入功率 P0 P4
P3
串扰
L
锥形区域
直通功率 P1
W
耦合区域
L 锥形区域
P2 耦合功率
P1 P0 cos2 P2 P0 sin2
光栅具有特殊性质：(与波长相关的反射特性)
s ii n s idn m
不同波长的光具有不同的衍射角，因此它们可以被分开。
17
光栅型波长耦合器
1 2 3
1+ 2+ 3
光纤
自聚焦透镜光栅Fra bibliotek18自聚焦透镜原理
P P/4
19
介质薄膜型波长耦合器
无源器件原理37页PPT文档
Multiplexers and Filters
Static Router
Muand Filters
Filter Pass Bands
Multiplexers and Filters
Technologies to make better components
Isolators and Circulators
Isolators and Circulators
Isolators
Isolators
Circulators
Outline
• Couplers • Isolators and Circulators • Multiplexers and Filters – Gratings – Bragg Gratings – Fiber Gratings – Fabry Perot Filters
Couplers
Couplers: When are they used?
Outline
• Couplers • Isolators and Circulators • Multiplexers and Filters – Gratings – Bragg Gratings – Fiber Gratings – Fabry Perot Filters
Components
• Passive • Active
Galen Sasaki
University of Hawaii
Components
• Couplers • Isolators and Circulators • Multiplexers and Filters – Gratings – Bragg Gratings – Fiber Gratings – Fabry Perot Filters
第五章无源光器件
2019/9/5
nancy
波导型在一片平板衬底上制作所需形状的光波导，衬 底作支撑体，又作波导包层。波导的材料根据器件的功能 来选择，一般是SiO2，横截面为矩形或半圆形。图3.32示 出波导型T型耦合器、定向耦合器和用滤光片作为波长选 择元件的波分解复用器。
2019/9/5
nancy
2019/9/5
nancy
2．光波分复用器
图3-47 解复用器波长—插入损耗关系曲线
2019/9/5
nancy
2．光波分复用器
Ⅰ 中心波长λ和中心波长的工作范围Δλ Ⅱ 中心波长对应的最小插入损耗L1和L2 Ⅲ 相邻信道之间串音耦合最大值L12和L23
2019/9/5
nancy
2．光波分复用器
（3 熔融光纤型是指将两根光纤紧靠在一起并
nancy
2．光波分复用器
（2
①
复用器的光学特性可以用给定的输入端口 的插入损耗—波长关系曲线表示。
②
解复用的光学特性，可以用输入端到N个输
出端的各信道的波长—插入损耗关系曲线 来表达
2019/9/5
nancy
2．光波分复用器
图3-46 复用器插入损耗—波长关系曲线
2019/9/5
2019/9/5
nancy
2019/9/5
nancy
2019/9/5
nancy
2019/9/5
nancy
2019/9/5
nancy
3.3.2光耦合器
耦合器的功能是把一个输入的光信号分配给多个输出， 或把多个输入的光信号组合成一个输出。这种器件对光纤线 路的影响主要是附加插入损耗，还有一定的反射和串扰噪声 耦合器大多与波长无关，与波长相关的耦合器专称为波分复 用器/解复用器。
无源器件基本知识
PNT 0 B 0 = (1.38X 10 −23 焦耳 / k（294k） ) = 4.057 X10 −21W = 4.057x10−18 mW = -174dBm ) (1Hz
在理想的无其他噪声的系统里，热噪声决定了最低可检测信号电平。
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无源器件原理介绍 q定向耦合器
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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隔离度 Ø功率容量 Ø工作频带
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无源器件原理介绍 q定向耦合器
Pin1 Pin2
Pout1=1/2Pin1+1/2Pin2
Pout2=1/2Pin1+1/2Pin2
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无源器件原理介绍 q电桥
指标说明Байду номын сангаас
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无源器件原理介绍 q合路器
来自收发系统的多个信号源如GSM、CDMA、DCS等经过 合路器合路输出。合路器至少有两个输入口和一个输出口，输入口 分别用于不同频段信号的输入，可将多路输入信号合成后由输出口 输出。它还具有相反工作模式，可将原合成信号输出端口用作信号 输入端口，多个输入端口成为输出端口，将输入信号分离为相应频 段的信号，由输出端口分别输出。因此，合路器又称为分路器。其 结构特性如图所示。
射频基本参数介绍 q固有噪声电平
以 KTB定义的热噪声功率，和实际噪声功率电平之间的差别（以dB表示 ）叫做噪声系数。把它折算到电路或系统的输入端，噪声系数就为
在理想的无其他噪声的系统里，热噪声决定了最低可检测信号电平。
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无源器件原理介绍 q定向耦合器
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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隔离度 Ø功率容量 Ø工作频带
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无源器件原理介绍 q定向耦合器
Pin1 Pin2
Pout1=1/2Pin1+1/2Pin2
Pout2=1/2Pin1+1/2Pin2
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无源器件原理介绍 q电桥
指标说明Байду номын сангаас
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无源器件原理介绍 q合路器
来自收发系统的多个信号源如GSM、CDMA、DCS等经过 合路器合路输出。合路器至少有两个输入口和一个输出口，输入口 分别用于不同频段信号的输入，可将多路输入信号合成后由输出口 输出。它还具有相反工作模式，可将原合成信号输出端口用作信号 输入端口，多个输入端口成为输出端口，将输入信号分离为相应频 段的信号，由输出端口分别输出。因此，合路器又称为分路器。其 结构特性如图所示。
射频基本参数介绍 q固有噪声电平
以 KTB定义的热噪声功率，和实际噪声功率电平之间的差别（以dB表示 ）叫做噪声系数。把它折算到电路或系统的输入端，噪声系数就为
有源光器件和无源光器件区别及基础ppt课件
自发辐射和受激辐射、吸收的区别：
•自发辐射是单向性的； ••受自激发跃辐迁射是概双率向与的光;强无关； •受激跃迁概率正比于光强。
3.1.4 粒子数反转
在热平衡时，各能级的粒子数目服从玻耳兹曼统计分布:
N 2 /N 1 ex E g p /k)( T ex hp /k) (T
即若 E2 > E 1，则两能级上的原子数目之比
在能量为E的入射光子的激励下，原子从高能级向低能级跃迁，同时发射一 个与入射光子频率、相位、偏振方向和传播方向都相同的另一个光子，这一 过程称为受激辐射。
3.1.3 .3 受激吸收 (stimulated absorption)
E2 N2
h
EhE 2E 1E1 N1
上述外来光也有可能被低能级吸收，使原子从E1E2。在入射光子的激励下， 原子从低能级向高能级跃迁，称为受激吸收。
在可见光和近红外，Eg=hv=E 2-E 1～1eV;
N E2E1
Ep =hν（ 3.1.3-1 ）
h是普朗克常数(h=6.626 ×10-34 J • S)，而ν是光子的频率。
原子从高能级→低能级，对应于光子的辐射；原子从低能级→高能级，对应于光子的吸收。
3.1.3 自发辐射 受激辐射和受激吸收
3.1.4 .1 自发辐射(spontaneous radiation)
E2 N2
h
E1 N1
EphE2E1
处于高能级的原子自发的辐射一个频率为ν、能量为E的光子，跃迁到低能 级，这一过程称为自发辐射。是相位、偏振方向不同的非相干光。
3.1.3 .2 受激辐射 (stimulated radiation)
N2
E2
EhE 2E 1
集成电路系列之4无源器
消费电子中的应用
音频设备
无源器件在音频设备中起到关键作用，如扬声器、耳机和麦克风等， 用于音频信号的处理和传输。
视频设备
无源器件在视频设备中起到信号处理和传输的作用，如电视机、投 影仪和显示器等。
移动设备
无源器件在手机、平板电脑和其他移动设备中起到信号处理、电源管 理和接口控制等功能，确保设备的正常运行和高效使用。
制造成本Biblioteka 03随着无源器件尺寸的减小和性能要求的提高，制造成本也在不
断上升。
未来发展趋势
新型材料的应用
利用新型材料，如碳纳米管、二维材料等，可以制造出性能更优、 尺寸更小的无源器件。
3D集成技术
通过3D集成技术，可以实现多层无源器件的堆叠，提高集成度 并降低制造成本。
智能化和自动化
利用人工智能和机器学习技术，实现无源器件的智能化设计和自 动化制造。
材料。
光刻与刻蚀
通过光刻技术将版图转 移到衬底上，然后进行 刻蚀以形成器件结构。
掺杂与退火
对器件进行掺杂和退火 处理，以调整其电学性
能。
金属化与封装
在器件表面形成金属电 极，并进行封装保护。
制造材料
衬底材料
常用的衬底材料包括硅、陶瓷等，根据器件性能要求选择合适的 衬底。
薄膜材料
根据器件功能需求，选择不同的薄膜材料，如介质薄膜、金属薄膜 等。
计算机中的应用
主板电路
计算机主板上的各种集成电路中， 无源器件用于实现主板电路的信 号处理、电源管理和接口控制等 功能。
存储设备
无源器件在计算机存储设备中起到 关键作用，如硬盘驱动器、固态驱 动器和光盘驱动器等，用于数据读 写和存储。
输入输出设备
无源器件在计算机输入输出设备中 起到信号转换和调节的作用，如显 示器、键盘、鼠标等。