微波小狮妹的微波杂记（2）-你能分清功分耦合电桥这三兄弟吗？
Hi,大家好,又到了小狮妹“不喝雅哈咖啡也唠嗑”的时间了^^！在射频与微波领域我们常常会用到功分器，耦合器，3dB电桥这些无源器件。这些器件都是三端口，或三端口以上的器件，它们比二端口器件使用稍微复杂一点，并且它们的功能也很容易混淆，大家能分清楚么？下面我介绍一下这三兄弟的功能与用法，方便大家以后使用哦，木木哒！
先隆重登场的是“大师兄”——功分器：
功分器全称功率分配器，英文名Power Divider，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，此时可也称为合路器。
通俗的讲功分器就是把一路信号等分成多路信号，或者把多路信号合成一路信号（这种情况把功分器称为合路器）。功分器由一个输入端，多个输出端构成，它的主要用途主要是功率分配和信号合成。 使用这种器件要注意：
1. 功分器的分配损耗，分配的路数越多插损越大；
2. 未使用的端口需接负载；
3. 还要考虑输出端口之间的隔离度是否满足实际需求。
下面出场的是“二师兄”——定向耦合器：
定向耦合器是微波系统中应用广泛的一种微波器件，它的本质是将微波信号按一定的比例进行功率分配，主要用于信号的隔离、分离和混合。
定向耦合器由输入端口，输出端口，耦合端口，隔离端口（出厂时已接好负载）构成，它也是一种功率分配器件。如3dB耦合器的耦合端分配比例是50%，6dB耦合器的耦合端分配比例是25%，10dB耦合器的耦合端分配比例是10%。
定向耦合器主要用于功率监测、源输出功率稳幅、功率合成、信号源隔离、反射系数测试等。定向耦合器用于功率监测时要选用合适的耦合度；用于测量反射系数时要考虑耦合器的方向性足够大。
最后我们来详细介绍下“三师弟”——3dB电桥：
3dB电桥是一种分路元件，属于四端口网络，在电路中起着功率分配及改变信号相位的作用；能将一个输入信号分为两个等幅且具有90°或180°相位差的信号。
功分器、耦合器、电桥原理与分析
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6dB
l 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.
耦合器通俗解释
（内容来自互联网）
在微波系统中，往往需将一路微波功率按比例分成几路，这就是功率分配问题。实现这一功能的元件称为功率分配元器件即耦合器，主要包括：定向耦合器、 功率分配器以及各种微波分支器件。
光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。如下图1（外形有金属圆壳封装，塑封双列直插等）。
中文名
耦合器
外文名
Coupler
主要包括
定向耦合器、 功率分配器
组 成
发光源和受光器
技术规范
耦合器技术规范
目录
1 工作原理
2 光电测试
3 应用
4 区分种类
? 定向种类
? 波导种类
? 双分种类
? 平行种类
5 耦合器技术规范（室内分布）
6 隔离器
? 谐振式隔离器
? 场移式隔离器
工作原理
原理类比：
老张的南北两侧的白菜地各分了3份，老张希望通过一次性水道改动，每份地从主干水道上获得一小部分水流，水流速度和其他的地尽量相同，如图1所示。
图1 水流均分图
这样老张就可以在树荫下歇一段时间，不用再做任何的水道改动，所有的地同时浇完。
图2 耦合器实物图
耦合器是从无线信号主干通道中提取出一小部分信号的射频器件，如图2所示，与功分器一样都属于功率分配器件，不同的是耦合器是不等功率的分配器件。耦合器与功分器搭配使用，主要为了达到一个目标—使信号源的发射功率能够尽量平均分配到室内分布系统的各个天线口，使每个天线口的发射功率基本相同。
理想耦合器的输入端口功率等于耦合端口功率与输出端口功率之和，以瓦特（W）为单位，即
如图3所示。
图3 耦合器原理图
第ｊ６卷，第¨期 Ｖｏ１．１６．Ｎｏ．１１ 电子与封装 ＥＬＥＣＴＲ０ＮＩＣＳ＆ＰＡＣＫＡＧＩＮＧ 总第１６３期 ２０１６年１１月
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宽带定向耦合器的设计与应用
王家波，曹雪松 （南京电子器件研究所，南京２１００１６）
摘要：对耦合线定向耦合器进行理论分析，对于对称型，首先求得多节定向耦合器的耦合度通用表 达式，然后利用二项式（最平坦）响应前ｎ—ｌ阶导数为零的条件，计算出各节耦合系数。对于非对 称型，利用四分之一波长耦合器与四分之一波长阶梯阻抗滤波器等效，通过切比雪夫多项式及理查 德变换综合出阶梯阻抗滤波器的归一化阻抗，此即为耦合器的偶模阻抗，然后计算出各节耦合系数。
实例计算比较４￣２０ＧＨｚ的两种耦合器：二项式响应耦合器具有最平坦的带内特性；与二项式响应相 同节数的切比雪夫响应耦合器具有更大的带宽比。最后用厚度为０．２５４ ｍｍ的Ｒｏｇｅｒｓ ５８８０微带板制 作了６－１８ ＧＨｚ的两节微带线耦合器，并应用在某组件中。 关键词：二项式响应；切比雪夫响应；宽带定向耦合器 中图分类号：ＴＮ４０２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６８１．１０７０（２０１６）ｌ １－００３９—０５
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｃｏｕｐｌｅｒ
ＷＡＮＧ Ｊｉａｂｏ，ＣＡＯ Ｘｕｅｓｏｎｇ （Ｎａｎｊｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｃｏｕｐｌｅｄ—ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ—ｌｉｎｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｕｐｌｅｒ．Ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ，ｔｈｅ ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉ—ｅｌｅｍｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｕｐｌｅｒ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｃｏｕｐｌｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｅｖｅｒｙ ｅｌｅｍｅｎｔ ｂｙ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｏｒｗａｒｄ（ｎ－１）ｓｔｅｐｓ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｏｆ Ｂｉｎｏｍｉａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ（ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｆｉａｔ ｒｅｓｐｏｎｓｅ） ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｆｏｒ ｔｈｅ ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ，ｎｏｒｍａｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｏｆ ｓｔｅｐ－ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｆｉｌｔｅｒ ｂｙ Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ ａｎｄ Ｒｉｃｈａｒｄ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ａｒｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ．Ｔｈｉｓ ｉｓ ｔｈｅ ｓａｍｅ ａｓ ｔｈｅｅｖｅｎ ｍｏｄｅ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｏｆ ｍｕｌｔｉ—ｅｌｅｍｅｎｔ ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｃｏｕｐｌｅｒ，ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ １／４ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｃｏｕｐｌｅｒ ａｎｄ １／４ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｓｔｅｐ—ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｆｉｌｔｅｒ ａｒｅ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｃｏｕｐｌｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｉｎ ｔｈｅｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｔｗｏ ｋｉｎｄｓ ｃｏｕｐｌｅｒｓ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｗｈｏｓｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｉｓ ｆｒｏｍ ４ ＧＨｚ ｔｏ ２０ ＧＨｚ．Ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ Ｂｉｎｏｍｉａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｃｏｕｐｌｅｒ ｉｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｆｌａｔ．Ｔｈｅ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｒａｔｉｏ ｏｆ Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｃｏｕｐｌｅｒ ｉｓ ｌａｒｇｅｒ ｔｈａｎ Ｂｉｎｏｍｉａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｃｏｕｐｌｅｒ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｗｏ—ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｉｃｒｏ—ｓｔｒｉｐ ｃｏｕｐｌｅｒ ｍａｄｅ ｗｉｔｈ Ｒｏｇｅｒｓ ５８８０ ｍｉｃｒｏ—ｓｔｒｉｐ，０．２５４ ｍｍ
