标签: 功分器

功率分配器（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 。 奥纳科技专业销售各路功分器，一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。功分器按输出通常分为： 1分2（一个输入两个输出） 1分3（一个输入三个输出） 1分4（一个输入四个输出） 1分6（一个输入六个输出） 1分8（一个输入八个输出） 1分10（一个输入十个输出） 1分12（一个输入十二个输出） 1分16（一个输入十六个输出） 1分32（一个输入三十二个输出） 也可支持各种特殊要求定制加工 功分器的主要技术参数有功率损耗（包括插入损耗、分配损耗和反射损耗）、各端口的电压驻波比，功率分配端口间的隔离度、幅度平衡度，相位平衡度，功率容量和频带宽度等。 1、频率范围。这是各种射频/微波电路的工作前提，功率分配器的设计结构与工作频率密切相关。必须首先明确分配器的工作频率，才能进行下面的设计 2、承受功率。在大功率分配器/合成器中，电路元件所能承受的最大功率是核心指标，它决定了采用什么形式的传输线才能实现设计任务。一般地，传输线承受功率由小到大的次序是微带线、带状线、同轴线、空气带状线、空气同轴线，要根据设计任务来选择用何种线。 3、分配损耗。主路到支路的分配损耗实质上与功率分配器的功率分配比有关。如两等分功率分配器的分配损耗是3dB，四等分功率分配器的分配损耗是6dB。 4、插入损耗。输入输出间的插入损耗是由于传输线（如微带线）的介质或导体不理想等因素，考虑输入端的驻波比所带来的损耗。 5、隔离度。支路端口间的隔离度是功率分配器的另一个重要指标。如果从每个支路端口输入功率只能从主路端口输出，而不应该从其他支路输出，这就要求支路之间有足够的隔离度。 6、驻波比。每个端口的电压驻波比越小越好。

by CQ.Lee RFStory.com已经改为 MiniIC.com   原文链接： http://www.rfstory.com/2011/06/29/how-to-design-wilkinson-power-divider/   威尔金森功分器是个好东西，在射频领域里面应用很广泛。第一次认识它是在教科书上，书上介绍了他的原理，自己也琢磨了很久，也理解了奇偶模分析的方法和隔离电阻的作用。但是一直想知道威尔金森是怎么设计出来的？我们是否也可以按照一定的思路设计功分器呢？下面就去找这个思路，最终找到的这个思路可以方便的设计各种各样的功分器，俺的同事已经实践了哈，大家看完也可以试验一把。 首先明确一下这个功分器的要求： 1.        在微波射频领域，能量是非常宝贵的，所以设计的功分器不能够额外损失能量，如果分为两路的话就是每一路损耗 3dB ，即︱ S21 ︱ = ︱ S31 ︱ =0.707 2.        各端口均 50 欧姆匹配，且两个输出口的完全隔离，即︱ S11 ︱ = ︱ S22 ︱ = ︱ S33 ︱ = ︱ S32 ︱ = ︱ S23 ︱= 0 图 2 根据以上的要求，我们设计一个对称的功分器，这样就可以只考虑一个端口，上面条件的一半就可以了，即︱ S21 ︱ =0.707 ，︱ S11 ︱ = ︱ S22 ︱ = ︱ S32 ︱ =0 。如图 2 所示，从中间把这个我们要设计的功分器分开，两边的的电压都是一模一样的，处处都是开路点。   1．   由于端口 1 匹配，所以输入阻抗为 50 欧姆。从 1 端口输入的能量分为对称的两路，那么每一路的阻抗都是 100 欧姆。 这个功分器第一个任务的就要用开路线左边的部分把端口 2 的 50 欧姆变换到 100 欧姆，且无损耗。 2．   根据微波网络的理论，如果我们使用的都是电容，电感，传输线，电阻这些互易原件，那么整个功分器也就是互易的（关于对这个理论的理解后面文章会给出解释）。即︱ S21 ︱ = ︱ S12 ︱ =0.707 。也就是从端口 2 到端口 1 的能量为一半，那另外一半呢？又不能反射回去，又不能泄漏到端口 3 。所以这个功分器的第二个任务就是要有一个电阻来吸收端口 2 入射过来的一半能量。这个需求太抽象了，还要细化分解，下面利用奇偶模的方法来分析一下。如下图所示，从端口 2 输入一个电压幅度为 1 的波，分解为奇偶模式，偶模式就是 1 端口输入情况下功率分配的逆过程，端口 2 、 3 均无反射波，有一半的能量从端口 1 输出，那么奇模的能量必须都要消耗到电阻上，不能有反射波回来。 这样，第二个任务就是，从端口 2 看进去短路线的左边必须是 50 欧姆的阻抗。   图 3 继续分析上面的两个任务。功分器里面必须含有电阻，这个电阻在偶模的时候不能吸收能量，在奇模的时候需要吸收能量，这样就只有利用奇模和偶模的差异——开路线和短路线。另外，要想电阻不吸收能量只有两个选择，与开路点串联、与短路点并联。综合以上两点， 这个电阻必然是要与那个开路线串联的，或者与端接开路线的四分之一波长线并联。 这三个条件有了，就可以随心所欲的设计一个功分器了，无论是传输线的，电容电感匹配的还是耦合线的，以上这些我都用上面的理论设计过，很快就能设计出来，大家也可以试试 如果大家没空的话，请记住在发生下面情况时可以参考这篇文章： 1.        PCB 布局紧张时，可以根据上面的分析思路自己设计个小的； 2.        用集总参数元件设计功分器； 3.        对功分器有其他特殊需求。         补充一点，严谨地说，本应该在这篇文章的开头讨论一下这种可实现性的。这是我们设计一个需要的微波网络首先想到的。不过我还没怎么想明白，希望我把这个实现性想明白了之后发表一个专题与大家分享。看看什么样的网络是可以实现的，什么样的网络是不可能实现的。   本文为原创文章，转载请注明：转载自 射频那些事儿 。

   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。        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。     在毫米波雷达固态发射机中，为了提高系统的输出功率，往往要采用功率分配/合成器，而Wilkinson功分器由于其自身结构的特点具有良好的特性是在毫米波微波大功率系统中应用最广泛的一种形式。功率分配器是将输入信号功率分成相等或不相等的几路功率输出的一种多端口微波网络，如图4所示，即为N路功率分配器的基本原理图。         实现宽带功分器的方法由于单节Ｍ４阻抗变换器工作带宽为窄带，不能实现宽带功分器。因此本文采用多节阻抗变换器相级连的方式来展宽工作频带。在多节阶梯式阻抗变换器中，若各阻抗阶梯所产生的反射波彼此抵消，便可以使匹配的频带得以展宽。为了便于分析，取多节变阻器具有对称结构，即变阻器前后对称位置跳变点的反射系数相等。 800-2500MHz二功分器PCB设计版图           设计一个2路3节分配器,其频带范围为0.8～2.7GHz,路间一致性小于1°,隔离大于22 dB,驻波小于1.3。那么,利用前述公式并取阻抗变换比R恒为2,即可求出变换节阻抗Zi和隔离电阻Ri(i=1,2,3,…,m),求出R1为100Ω,R2为240Ω,R3为300Ω 进行电路的路仿真时，各元件基本是相互独立的，而在实际的电路中，由于场的存在，各相邻的元件间难免存在一定的耦和互扰，频率越高，对电路的性能影响越大。因此我们在电路优化的基础上对版图进行电磁场仿真，对电路的无源部分进行适当的调整，以减小耦合，改善电路的性能。在进行电磁场仿真时为了对电路的调整具有针对性，在layout中进行适当调整。     用ADS仿真的建模     首先将在原理图中仿好的电路图生成版图，再加上信号端口和内端口，设置好参数后进行momentum仿真，在momentum中仿好以后，生成s参数模型，再带回电路中仿真，这样可以得到较为准确真实的结果。 宽带Wilkinson功分器产品实物照片           下面是这个二功率分配器的实测数据，曲线： 二功分器的实测 S11  （800MHz-2500MHz)   二功分器的实测 插入损耗   二功分器的实测 S22  文章链接：http://rf.eefocus.com/dongxl/blog/13-01/291349_b55fa.html