功分器和耦合器的计算

功分器和耦合器的计算集团标准化办公室：[VV986T-J682P28-JP266L8-68PNN]
二公分差损3.2dBm功率均分三公分差损5dBm功率三分
5dB耦合器直通端差损1.8dBm
6dB耦合器?直通端差损1.4dBm
7dB耦合器?直通端差损1.2dBm
10dB耦合器?直通端差损0.5dBm
15dB耦合器?直通端差损0.3dBm
20dB耦合器?直通端差损0.2dBm
分配量是按耦合器的大小来的，比如5dB耦合器，耦合端输出=输入-5dBm?直通端输出=输入-差损
功分器的分配损耗是可以计算的：10lgN(N为分配支路数量），其实就是能量守恒原理。

插入损耗是入口功率-出口功率，一半都要比分配损耗大一点点，可以看作是期间内部的电路传输损耗。

耦合端损耗（也就是耦合度），比如NdB耦合器，就是说耦合端输出的功率比输入端功率低NdB.
依然因为能量守恒远离，入口功率被分配出去一部分，直通端输出的功率必然被降到更低。

所以耦合度越大，耦合端口分配出去的功率约少，耦合器的插损越小。

比如10dB耦合器，功率分配比9：1，理论上耦合端功率为输入功率的90%，直通端输出功率占输入功率10%，3dB耦合器，相当于功率被耦合50%。

所以对于耦合器的直通端口而言，耦合度越大，插损越小！。

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。

2 2 2 2 2 2
对称定向耦合器（7.5，7.6）
1 1 1
S13 S 23 S14 S 24 0 S12 S 23 S14 S 34 0 S14 S13 S 24 S 23 0
反对称定向耦合器（7.8）
* 耦合传输线型理想定向耦合器的三种类型——正向、反向和
定向耦合器等效成四端口网络
S11 S 21 S S31 S 41 S12 S 22 S32 S 42 S13 S 23 S33 S 43 S14 S 24 ——16x2个自由度 S34 S 44
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器 理想定向耦合器的散射参数
微波工程基础 第七章 功率分配器和定向耦合器 各端口都匹配的无耗非互易三端口网络——环形器
网络是匹配的 网络是无耗的
2
三端口网络（T型结）
任意三端口网络的散射参数——9x2个自由度（参数）
S11 S S 21 S31 S12 S 22 S32 S13 S 23 ——9x2个自由度（参数） S33
Wilkinson等分功率分配器，奇偶模分析法
S12 (S13)
e 偶模 V1 jV0 2
求Z,r
S11=0 可算出 Z 2 Z 0
V2e V0
S22 0
S12 (S13)
r 2 ？:保证奇模S22为0
奇偶模分析法 思想？
要点：1、偶+奇=单端口分析 2、所有端口加匹配负载 2、支路串联结构
S13 S 31 S 22 0
2 2 2
S11 0
S 22 0
S 33 0
——6x2个自由度

• 耦合度： 耦合端口3输出功率P3和输入端口1输入功率P1之比：
C10logP P1320logS31
dB[S(3,1)]
• 隔离度： 隔离端口4的输出功率P4和输入端口1的输入功率P1之比：
I10logP P1 420logS41 dB[S(4,1)]
定向耦合器的基本原理
• 8-16GHz倍频程内定向度： S41/S31<-17dB
• 8-16GHz倍频程内隔离度： S41<-20dB
定向耦合器的仿真设计
建立耦合器设计的电路原理图
耦合端口
输入端口
直通端口
隔离端口
/4;f012GHz
定向耦合器的仿真设计
建立耦合器设计的电路原理图
耦合端口
输入端口
直通端口
功分器的设计、仿真、优化
设置完成的功分器电路图
功分器的设计、仿真、优化
开始仿真 全频段内隔离度未达指标，并且平坦度较差，需优化
功分器的设计、仿真、优化
电路优化
• 对阻抗匹配电路的优化---优化变量w2，lh
功分器的设计、仿真、优化
电路优化
• 优化仿真器和优化目标的设置—由于电路对称性，S(3,1)和S(3,3)不需优化
dB[S(2,1)]
C1310logP P 3 i 20logS13
dB[S(3,1)]
功分器的基本原理
功分器的基本指标
• 输出端口间的隔离度： 根据输出端口2的输出功率P2与输出端口3的输出功率P3之比计算
• 功分比：
C2310logP P2 320logS S1 12 3
• 定向耦合器属于无源微波器件，为四端口器件，分为：
隔离
耦合

功分器－常见问题分析
３.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。
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－常见问题分析
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。
ER越低，线越宽。
相同ER与阻抗： H越大，线越宽；
H越低，线越窄。
3.举例说明
T
功分器－基础设计
Z1(W1) R1
Z2(W2) R2
Z3(W3) R3
耦合器－基本概念
１. 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 。
1
2
C2
C1
图１ 耦合器的国际通用符号
功分器－技术指标

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。

节定向耦合器
定向耦合器的技术指标
1. 耦合度C
C 10 lg P1 P3
（11.23）a
由于，
P1
a1 2
2
,
P3
b3 2 2
实验三：端口隔离度的测量
室分系统功分器
微波信号源 频谱分析仪
2功 分1
3器
负载
端口隔离度测试框图
室分系统功分器
➢ 设置微波信号源的输出频率为指定频率（如900MHz），输出电平10dBm。 ➢ 将微波信号源的输出和频谱分析仪的输入直接用电缆短路连接，用频 谱分析仪测量功分器端口2的输入信号电平，测试数据并记录。 ➢ 接入被测功分器（如上图所示），用频谱分析仪测量功分器端口3的 输出电平，测试数据并记录。 ➢ 根据测试数据计算“2端口→3端口”的隔离度，测试数据并记录。 ➢ 改变微波信号源的输出信号频率，重复以上测试，测试数据并记录。
室分系统功分器
实验二：幅频特性的测量（扫频法）
➢ 按照上图连接测试仪器和设备。 ➢ 设置微波信号源输出频率890MHz（用于GSM系统），输出功率-10dBm。 ➢ 设置频谱分析仪的中心频率为925MHz，扫描带宽略大于实际系统带宽（如
80MHz），调整参考电平使频谱显示到适当位置。选择Trace → Trace Type → Max Hold功能。 ➢ 设置微波信号源的频率调整步进为0.1MHz，用手动旋钮以0.1MHz为步进逐渐提 高微波信号源的输出频率（从890 ~ 960MHz），在频谱分析仪显示出幅频特性 曲线，测量功分器“1端口→2端口”的幅频特性，测试数据并记录。 ➢ 交换2、3端口的连接，重复以上步骤，测量功分器“1端口→3端口”的幅频特性 ，测试数据并记录。 ➢ 用同样的方法，测量该功分器用于CDMA系统的幅频特性（频率范围825 ~ 880MHz），测试数据并记录。

四、衰减器
＝30－24
＝6dB
POUT_4 POUT_3 POUT_2 POUT_1
B. 插入损耗
该指标也称直通损耗，指的是信号功率通过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。插入损 耗是由于器件焊接、传输、连接所产生的损耗，由于不同厂商器 件设计及工艺差异造成该值存在一定差距。
四、电桥
（一）、概念 电桥是四端口网络，有两个输入和输出端口，输入端口之间和输出
端口之间均存在相互隔离。 电桥可以将两路信号合成一路信号，也可以将一路信号分成大小相
同的两路信号。因电桥可以合成同频信号，所以也叫同频合路器。电桥 的输入输出是相互对称的。 注：这里的电桥指无源3dB电桥。
（二）、主要技术指标 1、频带宽度
室分常见器件介绍
一、概 述 二、功分器 三、耦合器 四、电 桥 五、衰减器 六、负 载 七、干放
目录
一、概 述
在通信设备和信号覆盖中都会用到一些 无源器件，用于信号的分配、合成以及提取 等。
常见的有功分器、耦合器、电桥、衰减 器、负载、滤波器等。本文主要对这些常见 的无源器件做简单介绍。
二、功分器
（一）、概念 功分器全称功率分配器，是一种将一路输入信号分成两路或多路，输
出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号合成一路输出，此 时可也称为合路器。
1. 功分器的分类
A. 按结构划分 ① 微带功分器 ② 腔体功分器 B. 按分支数 ① 二功分器 ② 三功分器 ③ 四功分器
2. 功分器的主要技术指标
1. 耦合器的分类
A. 按结构划分 ① 微带耦合器 ② 腔体耦合器
B. 按耦合度划分 ６dB 、10dB 、 15dB 、 20dB、 25dB 、 30dB 、 40dB C. 按是否具有方向性

功分器、耦合器、电桥原理与分析2010-05-21 13:00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a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勺信号，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=1000十3= 333.33毫瓦，将333.33毫瓦转换成dBm=10lg333.33=25.2dBm,那么理想分配损耗二输入信号—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，插损二实际损耗—理论分配损耗二5.3dB-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。

功分器和耦合器的计算 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
二公分差损功率均分
三公分差损 5dBm 功率三分
5dB耦合器直通端差损？
6dB耦合器直通端差损
7dB耦合器直通端差损
10dB耦合器直通端差损
15dB耦合器直通端差损
20dB耦合器直通端差损
分配量是按耦合器的大小来的，比如5dB耦合器，耦合端输出=输入-5dBm 直
通端输出=输入-差损
功分器的分配损耗是可以计算的：10lgN (N为分配支路数量），其实就是能量守恒原理。

插入损耗是入口功率-出口功率，一半都要比分配损耗大一点点，可以看作是期间内部的电路传输损耗。

耦合端损耗（也就是耦合度），比如NdB耦合器，就是说耦合端输出的功率比输入端功率低NdB.
依然因为能量守恒远离，入口功率被分配出去一部分，直通端输出的功率必然被降到更低。

所以耦合度越大，耦合端口分配出去的功率约少，耦合器的插损越小。

比如10dB耦合器，功率分配比9：1，理论上耦合端功率为输入功率的90%，直通端输出功率占输入功率10%，3dB耦合器，相当于功率被耦合50%。

所以对于耦合器的直通端口而言，耦合度越大，插损越小！。

功分器、耦合器、电桥原理与分析2010-05-21 13:00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。

6、不等功分比功分器
在工程中，有时还需要使用一些不等功分比 二功分器。如在赋形基站天线阵中，需要用不 同功率给各辐射单元馈电，对不等功分比功分 器，按照端口之间的功分比与端口之间馈线特 性阻抗成反比的原则来设计相应的不等阻抗匹 配网络，来满足所需要的不等功分比。图1.14 为三端口微带不等功分器的结构示意图，信号 由端口1输入，由端口2、3按不等功分比输出。
有许多方法可以用来消除隔离电阻寄 生电抗带来的不良影响，例如采用由两 对传输线组成的补偿网络来抵消掉隔离 电阻所带来的寄生电抗。 如图1.8所示，把两对传输线A、B插进 普通Wilkinson功分器中。 / 4 线是作为输入与包括补偿线在内输 出端间的阻抗变换器，在这个布局中， 输入、输出端均与Z0匹配。
图 1.4
多段功分器级联后，输入/输出端口的 最大VSWR的频率特性如图1.4所示。 由图1.4看出，3段级联功分器最有用的 带宽可以到4：1，4段级联，可以实现5.5： 1的带宽。 功分器可以用微带电路制作，也可以 用同轴线制作。也可以在输出端口2、3 分别用并联长度小于λ/4短路支节的办法 来展宽带宽，如图1.5所示。
2.5.1双分支线定向耦合器
双分支线定向耦合器是由周长为λ的方形环 状传输线构成的分支线定向耦合器，如图2.7所 示。也可以看成主要是由两根传输线组成，主 线传输线1-3利用两个间隔λ/4且λ/4长的分支线 耦合到辅助传输线2-4上，耦合系数由串联臂和 并联臂的阻抗比Z2/Z1决定，输入输出端均有相 同的特性阻抗Z0。
图中T1是阻抗变换变压器，按照理想 变压器阻抗与匝数的平方成正比，可以 求出T1变压器初次级匝数之比等于 2 （7/5=1.4≈ 2 ）。T2是匝数相同的分配变 压器，实际电路中还并联了几只电容， 它与T1、T2变压器的漏感构成谐振回路， 以改善高频特性。 图1.12和1.13分别为四功分器和三功分 器。

频率响应
单级定向耦合器
S21
1k2
jksin 1k2cosjsin
k Zoe Zoo Zoe Zoo
Zoe 1 k Zoo 1 k
C
C
C
f2 f1
fO
对于单节耦合器来说，其 带宽决定于所需的耦合度 的波动，如果耦合波动小 则带宽较窄，耦合波动大 则带宽较宽。
功分器－技术指标
备注２：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(40dB3dB-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。
功分器－技术指标
（３）分配损耗－也叫作功分器的理论损耗。Ad＝10log（1/N ） 。
（４）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 ＝Ａ－ Ad
（Ａ－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。
（１）频率范围 （２）承受功率 （３）分配损耗 （４）插入损耗 （５）隔离度 （６）驻波比 （７）幅度平衡 （８）相位平衡
功分器－技术指标
功分器－技术指标
２. 功分器的技术指标
（１）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

2
S 12 S 23 S 31 1
1 0 0 0 1 0
2
0 0 1
1 0 0
1
3
1
3
环形器
三端口网络——两个端口匹配，无耗，互易
j
S 21 e
0 j S e 0
e
j
0 0
0 0 j e
1
S12 e
无耗网络的散射矩阵满足么正性
2 S kj 1, k 1 4 S * S kj 0, k 1 ki 4
j 1, 2, 3, 4 i j, i , j 1, 2, 3, 4
四端口网络的基本特性（续2）
S12 S12 S13 S14
λg/4 ZC1 ZC ①
③
ZC
R
ZC1 λg/4
ZC
②
0 S 0 j 2
0
0 j 2
j 2 j 2 0
微带功分器（Wilkison 功分器）（续3）
功率不等分：
Z c2 Z c
2
1 K
2
/K
证明：采用反证法，假设三端口网络的所有端口匹配、互易，网络无耗。
S11 S S 21 S 31 S12 S 22 S 32 S13 S 23 S 33
匹配： S 11 S 22 S 33 0
互易： S ij S ji
无耗： S S 1
2
S13 S 23 S 23 S 24
2
S14 S 24 S 34 S 34
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1 1 1 1

做室分,这些知识点要牢记室分系统必备知识室内分布系统是针对室内⽤户群、⽤于改善建筑物内移动通信环境的⼀种成功的⽅案；是利⽤室内天线分布系统将移动基站的信号均匀分布在室内每个⾓落，从⽽保证室内区域拥有理想的信号覆盖。

从⼯程⾓度看室分是由馈线链接有源设备与⽆源器件通过天馈线放射信号的系统。

本⽂编者从⼯程⾓度分解室分的各部组成和故障排查。

1 ⽆源器件⽆源器件主要包括：耦合器，功分器，3db电桥，合路器等等。

⽆源器件功率损耗算式为10lg（n）。

1.1 功分器功分器定义：功率等分器件，根据功率分配规格分为⼆功分，三功分和四功分。

功分器技术参数：损耗为10lg（1/n），例如⼆功分损耗为10lg（1/2）=-3db，三功分损耗为10lg（1/3）=-4.8db，四功分损耗为10lg（1/4）=-6db。

功分器应⽤：⼀般应⽤于天线点位分路。

1.2 耦合器耦合器定义：不等分器件，直通⼝功率⾼，耦合⼝功率低。

根据耦合⼝功率衰减分为5db耦合器、7db耦合器、10db耦合器等等。

耦合器参数：耦合⼝损耗有明⽂标注，直通⼝损耗可以计算，以7db耦合器为例，10lg （x）=-7db，x=1/5，则直通⼝功率分配为4/5，损耗为10lg（4/5）=-0.97db；10db耦合器，10lg（x）=-10db，1/10，直通⼝功率分配为9/10，损耗为10lg（9/10）=－0.46db。

耦合器应⽤：⼀般应⽤于室分主线，层级主线。

1.3 3db电桥3db电桥定义：同频合路器，合路BTS基站载频不同功率发射⼝。

3db电桥应⽤：是主设备和分布过度器件，随着主设备载频单元集成的不断加深，3db电桥作⽤不断降低。

1.4 馈线有两种规格为⼆分之⼀同轴电缆和⼋分之七同轴电缆1.5 合路器合路器定义：异频合路器，合路不同信号。

2G、3G、4G、WLAN等不同信号多频合路器。

合路器参数：合路器各信号输⼊端⼝隔离度为60db，损耗为1dbm左右。

谢谢！
输出端口2
输入端口1
输出端口3
功分器的设计、仿真、优化
版图的S参数仿真
功分器的设计、仿真、优化
版图的S参数仿真结果
功分器的设计、仿真、优化
小结
• 功分器的基本工作原理及主要指标 • 威尔金森功分器的仿真设计优化 • 威尔金森功分器版图的仿真设计
定向耦合器的基本原理
定向耦合器基本工作原理
隔离端口
/4;f012GHz W/H=0.107
S/H=0.071 直通端口与耦合端口相位差
定向耦合器的仿真设计
经验初值的仿真结果
定向耦合器的仿真设计
耦合器的参数优化
优化微带线线宽w(0.02-0.0508mm)；和缝间距s(0.02-0.038mm)
插入损耗
耦合度
隔离度
定向耦合器的仿真设计
• 耦合度： 耦合端口3输出功率P3和输入端口1输入功率P1之比：
C10logP P1320logS31
dB[S(3,1)]
• 隔离度： 隔离端口4的输出功率P4和输入端口1的输入功率P1之比：
I10logP P1 420logS41 dB[S(4,1)]
定向耦合器的基本原理
• 常用定向耦合器： Lange耦合器（交指耦合器） 应用于耦合较强的情况，通常设计为3dB耦合； 具有一个倍频程或更宽的带宽； 在平衡放大器、功率分配器和平衡混频器中有广泛应用。
定向耦合器的基本原理
Lange耦合器基本工作原理
金丝焊接
① ② ③ ④ ⑤
90度相位差
定向耦合器的基本原理
定向耦合器的基本原理
定向耦合器基本指标
• 输入驻波比： 端口2、3、4都接匹配负载时，输入端口1的驻波比：

西安海天天线科技股份有限公司 专题讲座
功分器、定向耦合器及应用简介
编写:俱新德
西安海天天线技术支持部天线部 2005年12月
第一部分 功分器
1、T型功分器
图1.1所示为T型功分器，端口1为输入 端，端口2、3为输出端。如果输入、输 出端口的负载阻抗均为Z0，为了使输入、 输出端口均匹配，如图1.1（b）所示，必 须加一段特性阻抗Z01=Z0/ ，长度2 为λ/4 的阻抗变换段。
③端口1无反射。
第二部分 定向耦合器
2.1 分类
定向耦合器的对称性是定向耦合器的 重要特性，在分析和计算中经常利用对 称性。按对称性把定向耦合器分成三类， 如图2.1所示。
1类：沿X、Y轴均对称——完全对称 2类：沿X轴对称——部分对称 3类：沿Y轴对称——部分对称
按输出端口的相位差也分成三类：
图1.12和1.13分别为四功分器和三功分 器。
6、不等功分比功分器
在工程中，有时还需要使用一些不等功分比 二功分器。如在赋形基站天线阵中，需要用不 同功率给各辐射单元馈电，对不等功分比功分 器，按照端口之间的功分比与端口之间馈线特 性阻抗成反比的原则来设计相应的不等阻抗匹 配网络，来满足所需要的不等功分比。图1.14 为三端口微带不等功分器的结构示意图，信号 由端口1输入，由端口2、3按不等功分比输出。
把Wilkinson功分器级联，可以进一步展宽它 的带宽。
对图1.3所示2级联功分器，在倍频程带宽内， 在端口1，VSWR≤1.1，在端口2、3， VSWR≤1.01，端口2、3之间的最小隔离度为 27.3dB。
图 1.4
多段功分器级联后，输入/输出端口的 最大VSWR的频率特性如图1.4所示。
T型功分器由于结构简单，既可以用同 轴线，也可以用微带线实现，因而在基 站天线阵中，大量用它作为馈电网络。T 型功分器的缺点是输出端口彼此不隔离， 因此也把T型功分器叫无隔离功分器。