无源器件基础

无源器件和射频基础知识武汉邮电科学研究院武汉虹信通信技术有限责任公司1无源器件无源器件的分类无源器件电气指标的定义微带器件与腔体器件的比较2无源微波器件产品类别功率分配器:微带/腔体定向耦合器:微带/腔体异频合路器同频合路器3dB电桥负载衰减器滤波器合路单元31.按照结构分类:微带/腔体功分器2.按照输出端口分类:二、三、四路功率分配器3.按照器件使用频段分类:1）806～960MHz频段2）806～2200MHz频段3）806～2500MHz频段4）1710～2500MHz频段（小灵通频段）功率分配器:4

56耦合器1、微带定向耦合器（5dB/6dB/7dB/10dB/15dB/20dB/25dB/30dB/40dB/50dB）2、腔体定向耦合器（5dB/6dB/7dB/10dB/15dB/20dB/25dB/30dB/40dB/50dB）3、基站腔体定向耦合器(DIN接头)（5dB/6dB/7dB/10dB/15dB/20dB/25dB/30dB/40dB/50dB）7若按照使用频段划分:1）806～960MHz频段定向耦合器2）806～2200MHz频段定向耦合器3）806～2500MHz频段定向耦合器4）1710～2500MHz频段定向耦合器（小灵通频段）8

910合路器:异频合路器/同频合路器

1）异频合路器:二、三、四、五路合路器（GSM、CDMA、DCS、PHS、3G、WLAN频段任意组合）2）同频合路器（3dB电桥）:（2路输入/3路输入/4路输入）11异频合路器可分为二合一,三合一,四合一,五合一,五合四合路器等。根据网络覆盖的需求，CDMA、GSM、DCS、PHS、WCDMA、WLAN可以实现多网多路合路。12五路合一合路器

13四路合一合路器

14同频合路器（3dB电桥）同频合路器3dB电桥15无源器件电气指标的定义功率分配器的定义功分器是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等能量的器件，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。一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。功分器通常为能量的等值分配，通过阻抗变换线的级联与隔离电阻的搭配，具有很宽的频带特性。功分器基本分配路数为2路、3路和4路，通过它们的级联可以形成多路功率分配。

16微带二功分器的电气指标17功分器电气指标参数说明插入损耗：器件直通损耗，其计算公式为所有路数的输出功率之和与输入功率的比值，或单路的实际直通损耗减去理想的分配损耗，一般理想分配损耗由下式获得：

理想分配损耗（dB)=10log(1/N)N为功分器路数18隔离度：当主路接匹配负载时，各输出口的对端隔离。幅度平衡：指频带内所有输出端口之间的幅度误差最大值。驻波比：指沿着信号传输方向的电压最大值和相邻电压最小值之间的比率。注:驻波比和回波损耗是描述器件同一电气指标的两种不同的表达方式。

VSWR1.201.221.251.301.351.401.50回波损耗(dB)21201917.616.615.61419功分器的功率容量、承载功率与输入功率在分布系统中，功分器作为下行信号来说是个功率分配器，对上行信号来讲又是个(小信号)合路器。功率分配器上标注的功率是指输入端口的最大输入功率，而作为(小信号)合路器来讲，不能在输出端口按标注的功率输入信号。20功分器为什么不能作大功率合路器使用？一般来讲，功分器也可以作合路器使用。区别在于承受的功率不同。以二功分器为例说明。如图：

信号从IN输入，当信号到达A、B二点时为同频同相信号。所以R上无电流流过即无功率损耗。信号被平均分配到out1和out2上。而此时的功率容量主要取决于微带线承载的功率。当然R值的选取还应考虑out端开路、短路情况。21

而上图作为合路器来讲，信号分别从out1和out2输入。由于out1和out2是两个不同的信号源，它们在A、B两点的频率和相位均不相同。此时R上就有电流流过。经理论计算，R上承载的功率是1/2out1＋1/2out2。如果out1和out2分别输入10W功率，那么R至少要选10W以上的功率电阻。同理说明out1和out2到达“IN”的功率只能是1/2out1＋1/2out222有一种情况IN＝out1＋out2是可以成立的。下图是一个100W功率放大器的原理图。假如放大器1和放大器2管子配对无相位差，由于放大的是同一个激励信号。在A、B两点是一个同频同相的50W信号。R上无功率损耗。因此能量被全部合成到C端口。23

由于功分器通常采用微带结构，平衡电阻R一般取值不大。且散热面也不够大。所以功分器不宜作大功率合成使用。而两个大功率的载波信号合成建议采用3dB电桥。由于3dB电桥可采用腔体结构，且可采用大功率外接负载适合大功率信号合成使用。24定向耦合器的定义

定向耦合器常用于对规定流向微波信号进行取样。在无内负载时，定向耦合器往往是一四端口网络。257dB定向耦合器的电气指标参数26耦合器电气指标的参数说明耦合度：当其余端口接匹配负载时，耦合端输出功率与主线输入功率之比。

耦合损耗：由于一定能量传输到耦合端而引起主线输出功率减小，它等于主线插入损耗的理论值。主线插入损耗的最小理论值与耦合度的关系如下：

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主线损耗：我们又称之为直通端插入损耗。当匹配负载接主线外各端口时，主线插入损耗包括能量耦合损耗和能量耗散损耗两方面。如7dB耦合器的主线损耗为：主线损耗（典型值）=0.9665+0.25=1.2665dB若考虑波动（设波动为±0.5dB），则7dB耦合器的主干损耗应为1.35dB。

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隔离度：当输入端接匹配负载时，输出口与耦合口之间的隔离

。方向性：当功率在指定方向上传输时，耦合端口的输出功率与同样功率在相反方向传输时同一耦合端口的输出功率之差。方向性＝隔离度－耦合度例如:6dB的隔离度是38dB，耦合度实测是6.5dB，

则方向性＝隔离度－耦合度＝38－6.5=31.5dB29

驻波比：指沿着信号传输方向的电压最大值和相邻电压最小值之间的比率。注:驻波比和回波损耗是描述器件同一电气指标的两种不同的表达方式。

功率容量（承载功率）：同样指在耦合器上标注的功率是指输入端口的最大输入功率，输出口和耦合端口不能用标注的最大功率输入。输出口和耦合端口的最大输入功率由耦合度和负载电阻决定。30合路器技术指标的定义

合路器分为同频合路器和异频段合路器两种。异频段合路器是指两个不同频段的信号功率进行合成所用。例如，WCDMA和GSM功率合成。由于两个信号频率间隔较大，可以选用谐振腔选频方式来合成，其优点是插损小，带外抑制度高，而带外抑制指标是合路器较重要的指标之一，如带外抑制不够，会造成GSM与WCDMA之间的相互干扰。

31GSM&WCDMA二路合一合路器技术规格

32GSM通道333G通道34同频合路器

对同频合路器来讲，由于信道间隔很小（250KHz），不能采用谐振腔选频方式来合路，因此只能采用宽带合路器件，经典的作法是采用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。四载频的合路需要3只3dB电桥来完成。353dB电桥36

当电桥作为同频合路使用时，其中一个端口需要接一个承载功率足够大的负载37负载38衰减器39双工器40滤波器41POI合路单元42腔体器件与微带器件的比较腔体耦合器的特点

腔体耦合器与微带耦合器相比最大优点是插入损耗小。由于损耗少及导热面积大，它的承载功率也较微带器件要大得多。此外，由于耦合带的截面积较大，在制造工艺中，可以采用接插件与耦合带线螺纹连接，使连接的可靠性大为增加，无虚焊的可能性，即使连接件内导体松动也不至影响器件的使用。43

腔体功分器与微带功分器相比最大优点是插入损耗小。无隔离电阻的腔体功分器使室内分布系统的可靠性提高。腔体功分器的特点44室内分布系统功分器的选择

功分器在室内分布系统中有广泛应用，它可以将基站的发射信号（Tx）分配成多路送到多个天线，同时可以将天线接收到的信号（Rx）返回基站接收机。典型的二路功分器有微带（Wilkinson）和腔体（电抗）两种，二者各有特点。45电抗功分器的特点

电抗功分器一般为同轴结构，它将输入的50Ω阻抗变换为25Ω（使用内外导体的不同比率），25Ω阻抗可以与两个输出50Ω的并联阻抗良好匹配。46

Wilkinson功分器通常用微带结构设计，由一对1/4波长阻抗为70.7Ω的微带线组成，输出端口之间串联一个100Ω的电阻。

Wilkinson功分器的特点47端口1（Port1）输入的Tx信号

在腔体功分器中,Port1的输入信号变换为25Ω，可以与输出口Port2（50Ω）和Port3（50Ω）的并联阻抗良好地匹配，使输入端口具有良好的驻波VSWR。

在微带功分器中，信号平均分成等幅同相的两路

Port2和3。因为在电阻的两端电压相同，没有电流通过电阻。1/4波长线的特性阻抗是70.7Ω（√2*50），当Port2和3接50Ω负载时，输入端具有良好的驻波VSWR。

48端口2（Port2）输入的Rx信号在腔体功分器中，Port2的输入信号是失配的，25%的信号会被反射掉，25%的信号将传到输出口Port3，50%将直接送到Port1，等效为Rx信号损耗3dB。

在微带功分器中，Port2的信号是50Ω匹配的，但功率被负载电阻和Port1平均分配。电阻的作用是Port2和

Port3的退耦，但同时对Rx信号有50%（3dB）损耗。49插损腔体功分器内导体的材料用黄铜，表面镀银，外壳用铜或铝，用空气介质，

可以认为是损耗最小的传输线（除超导），损耗通常为0.05dB或更小，但通常标为0.1dB，因为要测试这么小的插损非常困难。

微带功分器采用微带设计，具有固有的0.3到0.5dB的损耗。听起来并不大，但经过多个功分器的累积，结果是很大的。

50系统的可靠性和安全性对微带功分器来说，如果电缆或天线损坏，可能造成功分器的开路或短路。但因为输出间有隔离，一个臂的问题不会影响到另一臂。但是，还有一种情况是Tx信号被反射，而Tx信号比R