微波功分器

功分器從結(jié)構(gòu)上分為兩大類:

(一)無源功分器，它的主要特點是:工作穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，基本上無噪聲;而它的主要缺點是接入損耗太大。

(二)有源功分器由放大器組成，它的主要特點是:有增益，隔離度較高，而它的主要缺點是有噪聲，結(jié)構(gòu)相對復雜一些，工作穩(wěn)定性相對較差。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。

下面對幾種常見的微帶功分器進行分析與對比:

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，它由兩根平行導帶組成，通過兩條分支導帶實現(xiàn)耦合，分支導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算出，對于功率平分的情況，分支導帶的特性阻抗與輸入輸出線相同，而平行導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，故本振和信號互不影響，同時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)既簡單又緊湊。

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電阻R，其值為2。由微波理論可以證明，這種功分器當2、3口接匹配負載時，1口的輸入無反射，反過來對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。

三、雙線二分器

雙線二分器的結(jié)構(gòu)如圖3所示，它的結(jié)構(gòu)很簡單，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到良好的匹配，因此在天線的饋電網(wǎng)絡設計中得到了廣泛應用，但它的缺點在于輸出端之間沒有很好的隔離。

對上述幾種功分器的性能作對比如下:

功分器的技術指標包括頻率范圍、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、每個端口的電壓駐波比等。

這是各種射頻/微波電路的工作前提，功分器的設計結(jié)構(gòu)與工作頻率密切相關。必須首先明確分配器的工作頻率，才能進行下面的設計。

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，它決定了采用什么形式的傳輸線才能實現(xiàn)設計任務。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)設計任務來選擇用何種線。

指的是信號功率經(jīng)過理想功率分配后和原輸入信號相比所減小的量。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，應使用端口阻抗匹配的網(wǎng)絡分析儀能夠測得與理論值接近的分配損耗)

指的是信號功率通過實際功分器后輸出的功率和原輸入信號相比所減小的量再減去分配損耗的實際值，(也有的地方指的是信號功率通過實際功分器后輸出的功率和原輸入信號相比所減小的量)。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。

插損的計算方法:通過網(wǎng)絡分析儀可以測出輸入端A到輸出端B、C、D的損耗，假設3功分是5.3dB,那么，插損=實際損耗-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)絡分析儀直接測出，所以一般都以整個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。

功分器技術規(guī)格

指的是功分器輸出各端口之間的隔離，通常也會根據(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)絡分析儀測，直接測出各個輸出端口之間的損耗，如上圖淡藍色曲線所示，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重要指標。如果從每個支路端口輸入功率只能從主路端口輸出，而不應該從其他支路輸出，這就要求支路之間有足夠的隔離度。

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;微帶功分器則每個端口都有要求，一般范圍為輸入:1.2~1.3 輸出:1.3~1.4。

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。

一般標稱都是寫800~2200MHz，實際上要求的頻段是: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

指的是在整個可用頻段內(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。

舉一個農(nóng)村澆水的例子。老張有兩塊面積一樣的白菜地，分別在水井的南北兩側(cè)。輪到他澆水的時候，他把水流一分為二，分別流向南北兩側(cè)的菜地，如圖1所示，然后自己坐在樹蔭下乘涼。

功分器是實現(xiàn)無線信號等功率分配的射頻器件。二功分器一般有一個輸入口和兩個輸出口，如圖2所示。三功分器則有一個輸入口和3個輸出口;當然還有四功分器。插入損耗是功分器的重要指標。無線信號經(jīng)二功分后能量損失10log2=3dB，再加上無源器件本身的介質(zhì)損耗0.5dB，二功分的插入損耗一般為3.5dB，如圖3所示;同理，三功分的插入損耗一般為5.3dB，四功分的插入損耗一般為6.5dB。