实验四：功分器(Power Divider)

八通道功分器
功分器（Power Divider），也称为功率分配器或功率分频器，是一种微波和射频领域常用的被动器件，用于将输入的信号分配到多个输出端口，或将多个输入信号合并为一个输出。

八通道功分器是一种功分器，具有八个输出通道。

以下是八通道功分器的一些特点和应用：
特点：
1.分配平均：八通道功分器的设计目的是将输入功率平均分配到八个输出通道，确保每个通道接收到相等的功率。

2.相位平衡：在某些应用中，除了功率平衡外，相位平衡也是关键因素。

八通道功分器通常设计为具有相位平衡性，确保输出信号在相位上保持一致。

3.高频率范围：八通道功分器可用于广泛的频率范围，适用于微波和射频系统中的不同应用。

4.低插入损耗：具有低插入损耗的功分器对于确保系统性能的高效率至关重要。

5.高隔离度：输出通道之间的隔离度是功分器的一个关键性能指标，确保一个通道的变化不会影响其他通道。

应用：
1.通信系统：在通信系统中，八通道功分器可用于将信号分发到多个天线，实现信号的分布式传输。

2.雷达系统：在雷达系统中，八通道功分器可以用于将雷达发射信号分配到多个发射天线。

3.测试和测量系统：在测试和测量领域，功分器用于将测试信号分发到多个测试点，以便同时监测多个参数。

4.天线阵列：在天线阵列系统中，八通道功分器可用于将输入功率分配到多个天线元素，以实现波束形成和方向性辐射。

5.卫星通信系统：在卫星通信中，功分器用于分配和整合卫星上的不同信号通道。

八通道功分器是一个多功能的器件，适用于各种需要信号分配和整合的应用场景。

设计和选择适当的功分器对于确保系统性能至关重要。

功分器的设计与仿真功分器（power divider）是一种将输入功率均匀分配到多个输出端口上的无源微波器件，广泛应用于无线通信系统和射频设备中。

功分器的设计与仿真是功分器研发过程中非常重要的一步，本文将详细介绍功分器的设计与仿真方法。

首先，功分器的设计需要满足一定的性能指标，如插入损耗、驻波比、功率均衡性等。

根据设计需求选择适当的功分器结构，常见的功分器结构有平面波导功分器和微带功分器。

下面以微带功分器为例，介绍功分器的设计与仿真过程。

Microstrip功分器是一种非常常见的功分器结构，它由一个输入端口和多个输出端口组成，通过微带线和分支线来实现功率的分配。

设计过程分为以下几个步骤：1.确定设计频率和阻抗：根据设计要求选择合适的工作频率和阻抗。

常见的阻抗有50Ω和75Ω，具体选择根据实际需求决定。

2.计算微带线参数：根据设计频率和阻抗，计算微带线的宽度和介质常数。

可以使用常见的微带线宽度计算公式或者专业的仿真工具进行计算。

3.确定功分比：根据需要将输入功率按照一定比例分到输出端口上，可根据功分比公式计算各个输出端口的阻抗和长度。

4.布局设计：根据计算得到的微带线参数和分支线长度，将功分器的布局设计在PCB板上。

5. 仿真验证：使用仿真软件（如ADS、Sonnet、HFSS等）对功分器进行仿真验证。

在仿真过程中，需要注意保持各个端口的阻抗匹配、避免驻波比过大等问题。

6.优化调整：根据仿真结果对功分器进行优化调整，如调整微带线的长度、宽度等。

7.PCB制作和测试：完成优化后的功分器设计后，进行PCB制作，并通过测试验证其性能指标是否符合设计要求。

以上就是功分器的设计与仿真过程。

在实际的设计过程中，需要结合具体的设计要求和目标来进行设计。

同时，合理选择仿真软件和工具也是非常重要的，能够帮助设计人员更准确地分析和优化功分器的性能。

总结起来，功分器的设计与仿真是功分器研发过程中的关键一环。

准确的设计和合理的仿真能够帮助设计人员更好地理解和优化功分器的性能，最终得到满足需求的功分器产品。

前言研究的背景与意义人类进入二十世纪以来，随着现代电子和通信技术的飞速发展，信息交流越发频繁，各种各样的电子电汽设备已经大大影响到各个领域企业及家庭。

无论哪个频段工作的电子设备，都需要各种功能的元器件，既有如电容、电感、电阻、功分器等无源器件，以实现信号匹配、分配、滤波等；又有有源器件共同作用。

微波系统不例外地有各种无源、有源器件，它们的功能是对微波信号进行必要的处理或变换。

现代无源器件中，微带功分器从质量及重量上都日显重要。

功分器的产生与发展在微波电路中，为了将功率按一定的比例分成两路或者多路，需要使用功率分配器。

功率分配器反过来使用就是功率合成器，所以通常功率分配/合成器简称为功分器。

在近代微波大功率固态发射源的功率放大器中广泛地使用着功率分配器，而且功率分配器常是成对的使用，先将功率分成若干份，然后分别放大，再合成输出。

1960年，Ernest J. Wilkinson发表了名为An N-way Hybird Power Divede的论文中介绍了一种在所有端口均匹配、低损耗、高隔离度、同相的N端口功分器。

以后的研究人员便称这种类型的功分器为威尔金森功分器。

最初它的原始模型是同轴形式，此后在微带和带状线结构上得到了广泛地应用和发展，工程中大量使用的是微带线形式，大功率情况下也会用到空气带状线或空气同轴线形式。

和其他的微带电路元件一样，功率分配器也有一定的频率特性。

当频带边缘频率之比f1/f2=1.44时，输入驻波比（VSWR）<1.22时，输入驻波比（VSWR）下降到1.42，两端口隔离度只有14.7dB。

威尔金森功分器的狭窄带宽限制了其在宽带系统中的应用。

为了进一步加宽工作带宽，可以用多节的宽频功率分配器，即增加λg/4线段和相应的隔离电阻R的数目。

目前常见的微波功分器是采用微带线或腔体波导等结构的分布参数功分器。

腔体波导功分器插损小、平衡度好，但隔离度较差，制作工艺较复杂，微带功分器制作简单，但相对带宽较小。

实验四：功分器（Power Divider ） *一、实验目的：1、了解功分器的原理及基本设计方法。

2、用实验模组实际测量以了解功分器的特性。

3、学会使用MICROWAVE 软件对功分器设计及仿真，并分析结果。

二．预习内容：1、熟悉功率分接的理论知识。

2、熟悉功分器的理论知识。

四．理论分析：（一）功分器的原理:功分器是三端口网络结构（3-port network ），如图4-1所示。

信号输入端（Port-1）的功率为P1，而其他两个输出端（Port-2及Port-3）的功率分别为P2及P3。

由能量守恒定律可知P1=P2 + P3。

若P2=P3并以毫瓦分贝（dBm ）来表示三端功率间的关系，则可写成： P2(dBm) = P3(dBm) = P in (dBm) – 3dB图4-1 功率衰减器方框图当然P2并不一定要等于P3，只是相等的情况在实际电路中最常用。

因此，功分器在大致上可分为等分型（P2=P3）及比例型（P2=K ·P3）两种类型。

其设计方法说明如下： （1）等分型：根据电路使用元件的不同，可分为电阻式、L-C 式及传输线式。

Port-1 P1 Port-3 P3Port-2P2A. 电阻式：此类电路仅利用电阻设计。

按结构可分成Δ形,Y 形，如图4-2(a)(b)所示。

图4-1(a)Δ形电阻式等功分器 图（b ）Y 形电阻式等功分器其中Zo 就是电路特性阻抗（Characteristic Impedance ），在高频电路中，在不同的使用频段，电路中的特性阻抗不相同。

在本实验中，皆以50Ω为例。

此型电路的优点是频宽大、布线面积小、及设计简单，而缺点是功率衰减较大（6dB ）。

理论推导如下: V0 = · ·V1 = ·V1 V 2 = V3 = ·V0∴V 2 = V1→20·log[ ]= -6dBB. L-C 式此类电路可利用电感及电容进行设计。

实验四射频功率分配器实验一、实验目的1、了解射频功率分配器电路的原理及设计方法。

2、学习使用ADS软件进行射频功率分配器电路的设计、优化、仿真。

3、掌握射频功率分配器的制作及调试方法。

二、实验原理1、功率分配器的工作原理在实际应用中，有时需要将信号源的功率分别馈送给若干个分支电路（负载），就是说，进行功率分配，实现这种功能的射频器件就称为功率分配器。

由于功率分配器一般为满足互易定理的无源网络，所以功率分配器与合成器是等价的。

根据输出功率的比例，微波功率分配器有等分功率与不等分功率两类。

当一个微波功率平均分成n路时，称为n路等分功率分配器，反之，称为n路不等分功率分配器。

微波功率分配器在微波天线的馈线中和微波仪表中都得到了应用。

大功率微波功率分配器采用同轴线结构，中小功率微波功率分配器采用带状线或微带线结构。

功率分配器的具体结构型式很多，最常用的是采用4/4阻抗变换段的功率分配器，一般来说功率分配器都是相等的，图4-1所示的是两路微带功率分配器的结构。

两个分支臂长都为4/4,是完全对称的结构，对称性保证输入功率将平均分配于两个输出端，得到同相同模的输出。

两分支臂之间接有隔离电阻R,是为了保证两个输出端口的隔离。

当两个输出端口均为良好匹配时，对称性保证各个传输支路是同电位的，故无电流通过隔离电阻，隔离电阻上无功率损耗。

但当其中一输出端失配，致使有反射波折回，则此反射功率将分拆开：一部分经过隔离电阻到达另一输出端；另一部分沿自己λ/4,Zoi支路反射回输入端，然后又反射回来，沿另一支路到达另一输出端。

如果隔离电阻尺寸很小而可视为集总元件时，则它的电长度可近似地认为是零。

由于各支路的长度为4/4,电长度在中心频率时为4/2,因而往返二次的电长度是乃。

因此到达另一输出端的两部分信号是反相的。

可以证明，只要适当选择隔离电阻和支线的特征阻抗值，就可以使这两部分信号幅度相等，因而彼此相消。

这就是利用隔离电阻R达到各分支端口之间的隔离的原理。

功分器串联信号损失1. 什么是功分器？功分器（Power Divider），也被称为功率分配器或功率分配器，是一种被广泛应用于无线通信系统中的被动器件。

功分器的主要作用是将输入信号分割成两个或多个相等或不等的输出信号，并且能够保持信号的幅度和相位关系。

功分器通常由微带线、同轴线或波导构成，其结构可以是平面分支线型、环状分支线型或矩形分支线型。

功分器的设计和制作需要考虑频率范围、功率要求、插入损耗、隔离度、相位平衡度等因素。

2. 功分器的串联功分器的串联是指将多个功分器按照一定的方式连接在一起，形成一个串联的功分器网络。

串联功分器可以实现更复杂的功分功能，例如将一个输入信号分割成多个输出信号，再将其中的某个输出信号分割成更多的输出信号。

在功分器的串联中，每个功分器的输入端和输出端都需要正确连接。

通常情况下，第一个功分器的输入端与信号源相连，最后一个功分器的输出端与负载或其他设备相连。

中间的功分器则通过其输出端与下一个功分器的输入端相连，形成串联的结构。

3. 信号损失在功分器的串联过程中，信号会经历一定的损失。

信号损失是指信号在传输过程中由于各种因素的影响而减弱或失真的现象。

主要的信号损失因素包括插入损耗、反射损耗和隔离度。

3.1 插入损耗插入损耗是指功分器在信号传输过程中引入的功率损耗。

每个功分器都会有一定的插入损耗，通常以分贝（dB）为单位进行表示。

插入损耗越大，表示功分器的信号传输效率越低。

在功分器的串联中，每个功分器的插入损耗会相互累加，导致整个串联网络的插入损耗增加。

因此，在设计功分器串联网络时，需要合理选择功分器的插入损耗，以保证信号传输的效率。

3.2 反射损耗反射损耗是指信号在功分器的连接处产生的反射现象所导致的损耗。

当信号由一个功分器传输到下一个功分器时，如果连接不良或功分器的阻抗不匹配，就会产生反射现象，导致信号的一部分被反射回去。

反射损耗会降低信号的传输效率，并且可能引起信号的失真。

概述：功分器，其英文名称为Power divider，它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，此时也可称为合路器。

功分器的技术指标包括频率范围、承受功率、主路到支路的分配损耗、输入输出间的插入损耗、支路端口间的隔离度、每个端口的电压驻波比等。

功分器按输出通常分为一分二、一分三一分四、一分八、一分十六等。

一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。

原理：功分器是一类可以将一路的输入信号能量分成两路或者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，此时也可称为合路器。

主要用于天线阵列，混频器和平衡放大器的馈送网络，完成功率的分配，合成，检测，信号的取样，信号源的隔离，扫频反射系数测量等。

1.在移动通信中，由于多信道的共用，为避免不同信道间的射频耦合引起的互调干扰，并考虑经济、技术及架设场地的因素，发射应使用天线共用器。

2.合路器由空腔谐振器及环行器组成，空腔谐振器是一个高Q值的、低插损的带通滤波器。

环行器是一个正向损耗小（0.8dB）反向损耗大（20dB）三端口器件。

3.为增强合路器工作的稳定性，现在一般采用内匹配技术既腔体之间不用软电缆连接。

为减小体积，一般采用腔结构。

合路器主要技术指标:1. 插入损耗，4信道通常小于3.6dB， 8信道通常小于4.0dB；2. 信道间隔离度，通常要大于80dB；3. 输出与输入端口隔离度，通常要大于80dB；4. 频率漂移，通常经过一年老化不应超过3ppm;5. 输入驻波比，小于1.5dB合路器的测试:1. 插入损耗测试；2. 信道间隔离度测试；3. 输入驻波比测试；4. 以上测量网络分析仪的测试线要做校正。

合路器也分为同频合成器和异频段合路器两种。

对同频段信号的合路（合成），由于信道间隔很小（250KHz），无法采用谐振腔选频方式来合路，常见的是采用3dB电桥。

3dB电桥有两个输入口和两个输出口，两载频合路后，两个输出口均可作信号输出用，若只需要一个输出信号，则另一输出口需要负载吸收，此时的负载功率根据输入信号的功率来定，不能小于两个信号功率电平和的1/2，建议将两路信号分别接在不同走线方向的信号传输电缆上，这样可以避免采用过高成本的功放。

功分器耦合器电桥_原理与分析一、功分器（Power Divider）功分器是一种被动器件，用于将输入功率平均分配到多个输出端口上，广泛应用于无线通信、雷达和微波器件等领域。

功分器的原理是基于二端口网络的设计，其中输入端口与输出端口之间具有固定的功率分配比例。

功分器的原理可以通过阻抗匹配和功率分配的方法实现。

常见的功分器有平分器和非平分器两种类型。

1.平分器（Equal Power Divider）：平分器是将输入功率均匀分配到多个输出端口的功分器。

根据网络中的功率匹配特性，输入阻抗要等于输出阻抗的开方，即Z_in =Z_out/sqrt(n)，其中n为输出端口的数量。

平分器可以采用传输线、微带线、同轴线等实现。

2.非平分器（Unequal Power Divider）：非平分器是将输入功率按照不同比例分配到多个输出端口的功分器。

根据负载阻抗的不同，可以实现不同的功率分配比例。

非平分器常用于天线系统中，用于实现不同天线的功率平衡。

功分器在实际应用中需要考虑尽可能少的功率损耗、尽可能平衡的功率分配和良好的阻抗匹配等特性。

二、耦合器（Coupler）耦合器是一种被动器件，用于将信号从一个电路传递到另一个电路，常用于分配功率、耦合信号和测量功率等应用。

耦合器的原理是基于传输线的相互耦合。

1.固定耦合器：固定耦合器是将一部分信号从一个传输线传播到另一个传输线上的器件。

常见的固定耦合器有平行耦合器、串联耦合器和倍频耦合器等。

这些耦合器通过精确控制传输线之间的耦合长度和耦合系数来实现所需的耦合程度。

2.可变耦合器（Directional Coupler）：可变耦合器是一种能够调整耦合程度的耦合器。

它由四个传输线组成，其中两个用于输入和输出信号，另外两个用于耦合信号。

可变耦合器通过改变耦合信号传输线之间的距离来实现不同的耦合程度。

耦合器在实际应用中需要考虑尽可能小的插入损耗、良好的信号隔离和适当的耦合程度等特性。

射频功分器的作用射频功分器（RF Power Divider）是一种广泛应用于射频系统中的被动器件，其作用是将输入信号分为两个或多个具有相同相位但功率不同的输出信号。

射频功分器在无线通信、雷达、卫星通信等领域中都扮演着重要的角色。

射频功分器的主要作用之一是信号的分配与合并。

在无线通信系统中，射频功分器可以将来自发射机的信号分配到多个天线上，实现信号的同时传输和接收。

这样可以增加通信系统的覆盖范围并提高通信质量。

而在雷达系统中，射频功分器则可以将接收到的雷达回波信号合并成一个复合信号，方便后续信号处理和目标识别。

射频功分器还可以用于功率控制和信号衰减。

在某些应用中，需要将输入信号按照一定比例进行衰减，以适应不同的系统要求。

射频功分器可以通过调整不同输出端口的匹配网络，实现不同程度的功率衰减。

此外，射频功分器还可以用于功率控制，通过调整输入端口的信号功率，实现对输出端口的功率控制。

射频功分器的另一个重要作用是信号的相位控制。

在一些特殊应用中，对信号的相位关系要求非常严格。

射频功分器可以通过特定的设计和调整，保证输出信号的相位关系符合要求。

这在一些相控阵列天线系统等领域中非常重要，可以实现天线波束的形成和指向控制，提高通信和雷达系统的性能。

射频功分器的设计和制造需要考虑很多因素。

首先是频率范围，不同应用场景的射频功分器对频率范围的要求不同。

其次是功分比，即输出信号的功率比例，不同的应用需要不同的功分比。

此外，射频功分器还需要考虑插入损耗、反射损耗、隔离度等指标，以保证系统的性能和稳定性。

射频功分器作为一种重要的被动器件，在射频系统中发挥着不可替代的作用。

它可以实现信号的分配与合并、信号的功率控制和衰减、信号的相位控制等功能，为无线通信、雷达、卫星通信等领域的应用提供了关键支持。

随着无线通信和雷达技术的快速发展，射频功分器的设计和制造技术也在不断进步，为射频系统的性能提升和应用创新提供了更多可能性。