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基础知识培训功分 耦合器篇 基本单位 1 MHz GHz Hz KHz 描述频率的单位 dB dBm dBc 在射频 微波电路中用波的概念来描述能量的传递 用功率而不用电压或电流 dB 比值 描述衰减或增益 dB 10lg p2 p1 dBm 比值 功率单位 dBm 10lg p mw dBc 比值 功率的相对大小 dBc 10lg po pi po dBm pi dBm 功率单位 描述相位的单位 功分器 基本概念 功分器的基本概念功分器是将输入的信号的能量按一定的比例分成两路或多路的器件 功分器反过来使用就是功率合成器 图 功分器的国际通用符号 为输入锻 为输出端 功分器 技术指标 功分器的技术指标 频率范围 承受功率 分配损耗 插入损耗 隔离度 驻波比 幅度平衡 相位平衡 功分器 技术指标 功分器的技术指标 频率范围 各种射频 微波电路工作的前提 表达方式 起始频率 终止频率中心频率 带宽常用单位 MHz GHz 承受功率 在大功率分配器 合成器中 电路元件所能承受的最大功率是核心指标 表达方式 峰值功率连续波功率 平均功率 常用单位 测试方法 功率试验备注 功分器中功率承受的薄弱环节是电阻 电阻在吸收微波能量之后将微波能量转换成热能 如果电阻不能良好散热就会被烧毁 功分器 技术指标 分配损耗 也叫作功分器的理论损耗 Ad 10log 1 N 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 Ad 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 常用单位 dB测试方法 使用矢量网络分析仪直接测试 测试时将产品输入端与被测试的输出端分别与仪器两个通道相连 其余端口端接 欧姆匹配负载 此时 测试出的是产品损耗值 要得到插入损耗值 还需减去产品的分配损耗值 即理论损耗 备注 不等分功分器一般不使用插入损耗的概念 往往使用与标称分配值之间的误差来确定 其损耗应严格按总输出功率与总输入功率获得比值进行 功分器 技术指标 隔离度 支路端口间的隔离度是功分器的另外一个重要指标 如果从每个支路端口输入功率只能从主路输出 而不能从其它支路输出时 就要求支路间有足够的隔离度 定义为输出端与输出端功率比 10lg pout out 常用单位 dB测试方法 使用矢量网络分析仪直接测试 测试时将产品被测试的两输出端分别与仪器两个通道相连 输入端口端接 欧姆匹配负载 备注 功分器的隔离主要是由隔离电阻产生的 功分器的隔离度也决定于输入端的驻波系数 因此在对功分器进行调试时 需要注意输入端驻波与隔离电阻的影响 在调试中也可以通过隔离的异常情况判断电阻装配是否正确 功分器 技术指标 备注 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 40dB 3dB 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 l在窄带情况下 有的公司说可以达到40dB的隔离度 这种说法有些勉强 这些40dB隔离度的功分器甚至在测试时 只要换一个负载 就可能使隔离度从40dB降至25dB l如果必须要求40dB的隔离度 必须在功分器的输出端加隔离器或隔离放大器 这会大大增加成本 同时这种方法往往只能在窄带上使用 而且会引入其它的问题 诸如损耗增大 承受功率降低等 功分器 技术指标 驻波比 回波损耗和驻波均是描述器件端口反射大小的不同的描述 在无反射的理想情况下 回波损耗是负无穷大 驻波为1 回波损耗为接近0 驻波越接近无穷大 反射就越大 VSWR 常用单位 dB 驻波 回波损耗 测试方法 使用矢量网络分析仪直接测试 测试时将产品被测试的端口与仪器两个通道相连 其余端口端接 欧姆匹配负载 或是在测试损耗及隔离的过程中一并将驻波进行测试 备注 驻波都是大于 的 因为 驻波 反射系数 反射系数 功分器 常见问题分析 频率偏移功分器的每一级电长度均为中心频率的 4波长 4波长的电长度在我们的设计中直接表现为印制线的物理长度 中心频率越高 对应 4波长的物理长度越短 因此 当产品频率偏高 或是偏低 时 我们可以判断的是印制线的长度短 或长 与标准长度了 损耗偏大功分器作为进行功率分配的器件 本身是不能放大或是减小信号功率的 它能实现的只是信号能量的分配 因此我们调试的时候只能将损耗调平 而不能将损耗调小 另外 在装配时接地不好 电阻焊接不平衡 连接器与印制板之间连接不好或是连接器本身指标以及印制线镀层等都会影响产品的损耗 因此 在连接器检验 印制板加工 装配等过程中都要严格控制质量 以免出现上述的原因引起损耗偏大 功分器 常见问题分析 隔离不够影响隔离指标的主要原因就是隔离电阻 因此在隔离指标不正常的时候应先检查隔离电阻阻值是否正确 当隔离电阻阻值不正确时 除了隔离指标 还将影响输出端口驻波 使驻波变差 另外 输入端口的驻波也会影响隔离指标 因此 当隔离不够的时候应先检查是否是因为驻波指标太差产生的影响 并且也可以微调电阻阻值以及电阻附近的印制线达到改善隔离的目的 4 驻波超差阻抗不匹配将引起驻波超差 包括连接器与印制线相连产生的突变 因此 一般的调试方法是找出不匹配点 就近进行补偿 另外 接地不好也会影响驻波 功分器 常见问题分析 5 指标不稳定连接器问题产生接地不好产生印制线产生 功分器 基础设计 1 基础概念阻抗低频电路中 线路的尺寸与工作波长相比是很小的 在信号传输中 线路上各点的电压和电流是一致的 此时 我们以电压和电流来描述线路特征 在微波频率下 线路的尺寸与工作波长相当或是大于工作波长了 在信号传输中 线路上各点的电压和电流已经是不一样了 引入阻抗的概念来描述线路的特性 Z V I Z0 1 YO L C 0 5表示特征阻抗 是传输线上的行波电压与电流之比 功分器 基础设计 2 功分器设计表现2 1实现方式微带线 功分器 微带线的形式 影响指标的要点 如厚度 介电常数等 注意 接地是否良好 印制线与连接器是否匹配 焊接是否良好 印制线与接头间距是否过大 有无短路现象 电阻焊接 位置是否准确 焊接是否良好 带状线 耦合器 带状线的形式 影响指标的要点 注意 是否压紧 接地是否良好腔体形式 功分器 耦合器 功分器 基础设计 2 功分器设计表现2 2影响参数级数 在相同纹波情况下 级数越多 频带越宽 不同级数产品的标准曲线图 阻抗 在产品中 阻抗直接对应的是印制线的宽度 阻抗相同的情况下 印制板材料H ER影响线的宽度 相同印制板材料 线越宽 阻抗越低 线越窄 阻抗越高 相同阻抗 ER越高 线越窄 ER越低 线越宽 相同ER与阻抗 H越大 线越宽 H越低 线越窄 功分器 基础设计 3 举例说明 耦合器 基本概念 耦合器的基本概念耦合器将信号耦合出一部分能量 耦合出的能量常用于信号的检测或监测 比如功率测量和检波等 图 耦合器的国际通用符号 耦合器 技术指标 耦合器的技术指