第八章 功分器耦合器设计PPT课件

功分器、耦合器、电桥_原理与分析功分器、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.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6dBl 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.微带功分器的插损略大于腔体功分器,一般为0.5dB左右,腔体的一般为0.1dB左右。

功分器基本工作原理：威尔金森功率分配器的功能是将输入信号等分或不等分的分配到各个输出端口，并保持相同输出相位。

环形器虽然有类似功能，但威尔金森功率分配器在应用上具有更宽的带宽，微带型功分器的电路如图9-1所示。

其中，输入端口特性阻抗为Z0；两端分支微带线电长度为1/4波长，特性阻抗分别为Z02和Z O3，终端分别接Z O2端口1Z O3功分器各个端口的特性如下：1、端口1无反射2、端口2和端口3输出电压相等且同相3、端口2、端口3输出功率比值为任意指定值1/K2因此，1/Z IN2 +1/Z IN3 =1/Z0;K2=P3 /P2 , P3 =1/2*U32/R3, P2=1/2*U22 /R2U3= U2在四分之一波长传输线阻抗变换理论的：Z IN2 *R2= Z O22Z IN3*R3= Z O32设R2=K* Z0，则Z O2，Z O3，R3 为：Z O2= Z0 exp（K(1+ K2 )）Z O3= Z0 exp（K(1+ K2 )/K3）R3= Z0 /K为了增加隔离度在端口2和端口3之间加一贴片电阻R，隔离电阻R的电阻值为R=Z0 (K+1/K)当K=1时，上面的结果化简为功率相等情况，还可以看出，输出线是与R2=KZ0和R3=Z0/K 匹配的，而不与阻抗Z0匹配。

定向耦合器工作原理LANGE耦合器结构如图9-26所示。

端口1的输入功率一部分直接传递给直通端口2，另外一部分耦合到耦合端口3.在理想的定向耦合器中，没有功率传递到隔离端口4，LANGE耦合器的直递端口2与耦合端口3之间有90度的相位差，可见LANGE耦合器是正交耦合器。

图中。

Z0为输入微带线的特性阻抗；W为微带线的宽带，S为微带线之间的间距；λ/4为工作带宽中心频点处的四分之一波长。

LANGE耦合器的耦合系数常用C表示，耦合系数C的参数有线宽比率W/H、缝隙宽度比率S/H、基板介电常数εr；导体厚度比率T/H和频率，这5个参数的微小偏差会导致耦合器奇偶模阻抗发生相应变化，从而在耦合线数目N固定的情况下使耦合系数C和特性阻抗Z0发生变化，缝隙宽带比率S/H、导体厚度比率T/H的偏差对耦合系数C又较大影响，而其余三个参数的偏差对于耦合的影响比较小，但对于特性阻抗Z0的影响是不可忽略的。

功分器工作原理(图文)功分器是一种常见的电子器件，广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。

它能够将输入信号分成多个不同频率的输出信号，具有重要的信号处理功能。

本文将详细介绍功分器的工作原理，并通过图文的方式进行解析。

一、功分器的基本概念功分器，全称为功率分配器，是一种被动器件，用于将输入信号按照一定的比例分配到多个输出端口上。

它通常由微带线、耦合器、隔离器等组成，具有低损耗、高隔离度等特点。

1.1 微带线功分器中的微带线是一种常用的传输线，由导体和绝缘层组成。

它的特点是结构简单、成本低廉，能够在高频率范围内传输信号。

微带线的宽度、长度和介质常数等参数会影响功分器的性能。

1.2 耦合器功分器中的耦合器用于将输入信号分配到不同的输出端口上。

常见的耦合器有平面耦合器、同轴耦合器等。

耦合器的设计需要考虑耦合度、带宽和插入损耗等因素。

1.3 隔离器功分器中的隔离器用于隔离不同的输出端口，防止信号之间的相互干扰。

隔离器通常由衰减器、隔离阻抗等组成。

隔离器的设计需要考虑隔离度、带宽和插入损耗等因素。

二、功分器的工作原理功分器的工作原理基于电磁场的相互作用和传输线的特性。

当输入信号进入功分器时，经过微带线、耦合器和隔离器等组件的作用，信号被分配到不同的输出端口上。

2.1 输入信号的传输输入信号首先通过微带线传输，微带线的特性阻抗和传输损耗会对信号产生影响。

通过合理设计微带线的宽度、长度和介质常数等参数，可以实现对输入信号的传输。

2.2 信号的分配经过微带线后，输入信号进入耦合器，耦合器将信号按照一定的比例分配到不同的输出端口上。

耦合器的设计需要考虑耦合度和插入损耗等因素，以实现对信号的精确分配。

2.3 信号的隔离分配到不同输出端口上的信号经过隔离器的作用，实现信号之间的隔离。

隔离器的设计需要考虑隔离度和插入损耗等因素，以实现对信号的有效隔离。

三、功分器的应用领域功分器作为一种重要的信号处理器件，广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。

第八章功分器耦合器设计第八章内容概述：本章将介绍功分器和耦合器的设计原理和方法。

功分器是一种被广泛应用于微波和射频电路中的被动器件，用于将一个输入信号分为若干等幅的输出信号。

耦合器是一种用于耦合电路中的能量转移的器件，常用于功率放大器、混频器等电路中。

一、功分器设计1.功分器的原理：功分器是一种能将输入信号分为两个或多个等幅输出信号的器件。

常见的功分器有二分器、三分器、四分器等。

功分器的设计原理是基于电路中电压的分配和功率的守恒定律。

2.功分器的设计方法：功分器的设计方法有两种：电压比法和负载匹配法。

电压比法是通过确定每个输出端口上的电压比例来设计功分器，而负载匹配法是通过调整输出端口的负载阻抗来设计功分器。

3.功分器的实现：功分器可以通过多种方式来实现，如线型功分器、平面功分器和耦合线功分器等。

线型功分器通常由三个或多个等长的传输线组成，而平面功分器则由微带线、槽线或共面波导等结构组成。

1.耦合器的原理：耦合器是一种用于将电路中的能量从一个传输线传递到另一个传输线的器件。

耦合器可以实现能量的单向或双向传输。

常见的耦合器有耦合线耦合器、互感耦合器和反射耦合器等。

2.耦合器的设计方法：耦合器的设计方法主要有四种：频率平衡法、功率平衡法、阻抗平衡法和阶梯阻抗法。

频率平衡法是通过控制耦合线的长度和耦合间隔来实现耦合的平衡，而功率平衡法则是通过调整端口的负载阻抗来实现平衡。

3.耦合器的实现：耦合器可以通过多种方式来实现，如耦合线耦合器、微带耦合器、槽线耦合器和同轴耦合器等。

耦合线耦合器是最简单的一种耦合器，由两条等长的传输线组成，而微带耦合器则是通过把一条微带线与另一条微带线的一段连接起来来实现耦合。

三、总结：功分器和耦合器是微波和射频电路中常见的被动器件，其设计涉及到电压的分配、功率的守恒和能量的转移等原理。

功分器的设计方法有电压比法和负载匹配法，而耦合器的设计方法则主要有频率平衡法、功率平衡法、阻抗平衡法和阶梯阻抗法。