不同系列功分器

1、不同系列功分器、耦合器的特性分析南京博翔电子是一个民办的无源部件专业厂，研制、生产移动通信用的功分器、耦合器、合路器、中功率负载等 多个系列产品。以低损耗、宽频带、高可靠、防 水为特点，深受国内外网络商的宵睐。其中功分器、耦合器分为同轴腔体结构和微带、带线结构两大系列。为便丁用户对这些不同系列产品的深入了解，笔者从设计原理、阻抗计算、传输特 征等方面分析了不同系列产品的特点，供用户参考。1、同轴腔体功分器、耦合器下面以二功分器为例，分析、计算各端口的阻抗关系、传输特征三功分、四功分数据见表1图1:同轴腔体二功分器原理示意图1.1功分器的设计原理本质上是一个阻抗变换器，二功分的阻抗变换比为2:1

2、即输入端A点阻抗为50Q，变换到B点，B点阻抗RBA=25Q，在B点分路，输出口C1、C2分别端接RL1、RL2用户终端例如天线，以下简称终端，两个终端并 联，正好跟B点匹配。但是请注意，单个端口C1或C2跟B点是不匹配的，其内阻ZC内等丁RBA与另外一个终端负载RL2或RL1并联。即ZC内=25 Q | 50 Q=16.667 Q输出端口C1或C2的驻波比P =50/16.667=3:11.2信号传输特征1.2.1正向传输下行通道下行信号，由输入口A传输到B点，并在B点分路，分别传送到RLI、RL2两 个终端。虽然单个输出口与终端负载不匹配，但是如1.1分析的，当功分器的二 个输出口同时端接

3、负载时，AtB的驻波比p应该满足技术条件p 1.2:1。输出口C1或C2与负载RL1或RL2的大驻波反射不会进入到AB阻抗变换段，只可能在RL1-C1-B-C2-RL2之间来回反射，最终到达平衡，下行信号将 一分为二，全部送到二个终端。1.2.2反向传输上行通道来自终端的上行信号，送到端口C1或C2, C1口的驻波比p=3:1反射系数r = p -1/ p +1 =0.5反射功率P反=|r |2=0.25即25%的信号功率被反射回去，75%送到B点。因为B点由RBA,RL2并联RBA=25Q分配得到的上行信号为50%向A传输的信号为-3dBRL2=50Q分配得到的上行信号为25%到达另外一个终

4、端的信号为-6dB。即 隔离度结论：1、 腔体功分器，反向上行通道有效传输信号为-3dB符合对偶传输理论；2、输出端口CLC2之间的隔离度为6dB;3、25% 即-6dB的信号反射到RLI终端；4、功分器内部不损耗功率；5、如果终端不匹配，正向传输的一局部下行信号将反射回来，其分析、计算等效上行通道的反向传输。表1:腔体功分器输出阻抗、隔离度理论计算数值二功分二功分四功分1阻抗变换比2:13:14:12B点RBA阻抗25 Q16.667 Q12.5 Q3输出口阻抗RBA|RL2=16.667QRBA|RL2|RL3=10QRBA|RL2|RL3|RL4=7.14Q4输出口驻波比3:15:17:

5、15正向传输时，每个输出 端口分得的信号-3dB-4.8dB-6dB6上行通道的有效传输-3dB-4.8dB-6dB7反向传输时的反射功率-6dB-3.52dB-2.5dB8输出隔离度-6dB-9.5dB-12dB*以上数据是假设输入口理想匹配时推算出来的，实际情况输入驻波比 V1.2:1,因此实际数值会上、下有些变化。驻波比越小，越接近理论值。1.3腔体耦合器腔体耦合器是不等功率分配器，乂称功率取样器Power Tapper其特性跟腔 体功分器相似。1.输入口阻抗按匹配理论设计，驻波比p 1.3:12.输出口阻抗近似的匹配：耦合强，驻波大；耦合弱，驻波小典型值：5dB耦合器P 2.2:16d

6、B耦合器P 2:17dB耦合器P 1.8:110dB耦合器P 1.4:115dB耦合器P 1.3:13.耦合口或称取样口，那么严重失配，耦合度越弱，驻波越大以10dB耦合器为例，计算耦合口驻波比。根据对偶传输理论。耦合口反向传输到输入口为10dB信号的10%,耦合 口与输出口的隔离度近似等丁耦合度10dB信号的10%，剩余的80%信号 由耦合口反射回去反射到终端天线要求耦合口的反射系数r =0.81/2=0.8944那么耦合口驻波比p =9.47:1特别注意：腔体耦合器跟腔体功分器一样，同届无耗传输线段，内部不消耗 功率，靠大驻波反射剩余功率，满足对偶传输条件。可见耦合口大驻波比是对偶 传输的

7、要求也是腔体结构功分器、耦合器的一个重要特征。由丁耦合口的驻 波比很大，因此，用网络仪测试耦合度时，需在输入电缆接收口加一个20dB20dB或 10dB10dB固定衰减器，加以隔离，否那么会引起较大的测试误差。详细请参阅本文第 5.25.2、5.35.3 节内容2、微带功分器Pi?P/ FVRL1AO-Ai9APLf fo-o-c图2为微带二功分电原理图2.1微带二功分器在输入口A分路，Ai,A2分别为100 Q阻抗，经过2:1阻抗变 换 到输出口，节点电阻Ri、R2、R3参与了反向阻抗匹配，并改善了输出隔离，Ri、R2、R3被称为隔离电阻，微带二功分 器特点是：全部端口阻抗匹配；输出口之间

8、有20dB以上隔离度。但微带功分器的设计在输入口分路，由高阻抗向50 Q变换，带线较细，损耗 较,。2.2信号传输特征2.2.1正向传输下行通道节点P1、P2、P3对丁正向传输信号满足等幅、同相位条件，因此对正向传 输，隔离电阻是虚浮的，不消耗功率，二个输出口各分得-3dB信号。2.2.2反向传输上行通道根据对偶传输原理， 上行通道的有效传输， 二功分-3dB、 三功分-4.8dB、 四 功分-6dB。剩余信号由隔离电阻吸收。通常上行是小信号传输，可以不考虑。但是下行传输是大功率，终端的反射就不可无视，微带功分器的额定功率取 决丁隔离电阻的功率承受能力。要求隔离电阻尺寸小、功率大。如果尺寸大：

9、一、安装困难，二、影响输出隔离度，输出驻波比。功率大、尺寸小，增加设计 本钱，这是微带功分器设计中的难点。下面以微带天线驻波1.5:1和2:1二种情况，举例计算微带二功分器功率承受 能力。设：下行传输功率为50W,二个输出口各分得25W功率天线驻波比1.5:1时2:1时天线反射系数r0.20.333天线反射功率P反2P反=25 X|r |2 X 22W5.56W反射到输入口功率P入反1W2.78W消耗在隔离电阻上功率PR1W2.78W由以上分析可知，微带功分器的额定功率跟用户终端的性能有关，本公司生产 的微带功分器额定50W、100W二个系列是指用户终端的驻波比1.5:1,如果驻 波比超过1.

10、5:1,那么应降功率使用。3、带线结构的定向耦合器图3为定向耦合器电原理图3.1定向耦合器传输特征：1口输入时4为主线输出口2为耦合输出口3为隔离口本公司生产的定向耦合器，在内部3口位置，配置了一个10W功率负载电阻。 耦合器的额定功率200W。3.2计算主线输出口抗反射能力设：耦合口2接理想负载无反射贝U: 6dB耦合器：允许4口的最大反射功率为40W即额定功率为200W时， 允许主线输出口的终端负载最大驻波比为2.5:110 dB耦合器：允许4口的最大反射功率为100W即额定功率为200W时, 允许负载最大驻波比为5.8:13.3计算耦合口抗反射能力设：主线输出口接理想负载贝U: 6dB耦

11、合器：允许2口的最大反射功率为13W实际辅线上可能存在的功 率最大为50W，因此允许2口负载最大驻波比为3:110 dB耦合器：允许2口的最大反射功率为11W实际辅线上可能存在的功 率最大为10W，因此允许2口全反射3.44口，2口同时失配，进入隔离负载的信号将叠加。因此对定向耦合器，输入信号不能接错；主线输出口、耦合口不允许开路或 短路；用户终端的驻波比必须符合要求，否那么会烧坏隔离负载，破坏定向耦合器的 性能。3.5在正常条件下，用户终端的驻波比 V2:1,定向耦合器的隔离负载是能够平安工作 的。举例：6dB耦合器，输入功率200W, 4口、2口的驻波比同时为2:1贝U: 1)主线输出 口

12、4的反射功率P4反=150X|(2-1)/(2+1)|2=16.67W进入隔离负载的功率P4反=4.17W2)耦合口2的反射功率P2反=50X|(2-1)/(2+1)|2=5.56W进入隔离负载的功率P2反=4.17WP4反+P2反=8.34W4、综合分析4.1传输特征腔体功分器、耦合器与微带功分器、耦合器，由丁设计原理不一样，决定了它 们的各自特点。正向传输，两者没有本质区别。反向传输：1、上行信号的有效传输相等(二功分-3dB、三功分-4.8dB、四功分-6dB)2、剩余信号：腔体功分器、耦合器一局部进入其他输出口，一局部 反射给用户终端。微带功分器、耦合器那么由隔离电阻吸收。4.2优缺点

13、比拟：腔体功分器、耦合器微带功分器、耦合器1插损小大或较大2额定功率N头一300WDin头一700W功分器：50W耦合器：200W3输出口驻波大小4输出隔离小大5三阶互调失真典型值-150dBC典型值-130dBC -140 dBC6可靠性局可弁、长寿命相对差些7对用户终端要求无条件有条件8应用场合室内、室外，大功率、小功率都适用以室内，中、小功率为主5、腔体结构功分器、耦合器的内、外导体乂粗乂大，全部是硬连接，加上本公司生产的产品是防水密封结构，因此决定了其高可靠、长寿命、低损耗特点。有些用户反映，腔体功分器、耦合器的插损超标，这是因为测试系统问题引起的 误解。下面进行专题讨论：5.1插损的

14、理论分析：功分器、耦合器，可以看作一段传输线，引起损耗主要有三个方面：(1)导体损耗(2)介质损耗(3)回波损耗5.1.1导体损耗：功分器、耦合器外壳体用优质合金铝Ly12-Cz,内腔导电氧化，内导体为铜Cu镀银Ag ,导体外径4 6金届导电率a(姆/米)7银Ag6.1次107铜Cu5.歆107铝Al3.72X 107传输线(包括连接器)最大长度为244mm，从以上数据说明其导电率在108量级以 上，可见导体损耗接近为零，可以忽略。5.1.2介质损耗功分器、耦合器除了连接器各有一个聚四氟乙烯介质垫圈作支撑外，全部是空 气介质，不存在介质损耗。5.1.3回波损耗IL2IL=10log1-| r

15、|2r =(P-1)/(P+1)式中r输入反射系数P输入驻波腔体功分器的输入驻波比 V1.2:1,按上式计算IL 0.036dB腔体耦合器的输入驻波比 V1.3:1ILW 0.0745dB5.1.4珠述：根据以上分析，腔体功分器、耦合器的插损近似等丁回波损耗。可见，插损IL 0.1dB的指标，是无需疑心的。5.2测试系统出现的问题：本文1.2、5.1.3节已经介绍功分器输出口分别端接标准负载时，输入口的驻波比p V 1.2: 1,回波损耗IL99%的信号由A点传输到B点，在B点分路，传送到终端负载，功分器自身没有损耗元件，只能全部传送到负 载，只要终端负载(二个或三个或四个)对称平衡，信号应该

16、等分。用网络仪测试各端口插损时，通常是被测端口通过一根长电缆再送到仪器负 载(仪器负载，或者是混频器，或者是检波器)，而另外端口接标准负载。其 一，这两种负载特性不一样，信号分配就不均匀；其二，仪器的接收负载，与测试端口有一段距离，腔体功分器的输出端是不匹配的，沿线出现驻波是必然 的。测试时，往往取其波谷点作为功分器的最大插损，使系统测试误差进一步 扩大，这是一种假象，引起了误解。5.3介绍一种近似测试方法：5.3.1测试框图输出输出 2被测功分器被测功分器图图 45.3.2测试步骤：1、选定网络分析仪的测量参量“插损；2、设置网络仪工作频率起始值、终止值；3、认真校正输入电缆接收口C的VSW

17、R,再与固定衰减器连通；4、A、B之间接短路器，并对网络仪进行直通校正；5、 移去短路器，输出电缆A与被测功分器输入端连通，固定衰减器B与被测功分器输出1连通，被测功分器输出2接标准负载；6、络仪工作频率内的最大插损值X1读得的是dB值，含分配插损并记下该点 频率fx ;7、用同样方法在fx1测得输出口2在该频率处的插损值X2;8、以下公式计算被测功分器的总插损IL=10log10-X1/1O+10-X2/105.3.3网络仪接收口输入电缆C点欲校正到与标准负载同等水平，实际情况是很 难做到的，为了减小沿线驻波的影响，加固定衰减器以到达隔离的目的，固定衰减 器的驻波比有严格要求，就是说B点的阻抗越