无源器件培训资料课件

无源器件培训－－天馈事业部2009年7月

一、无源器件概述二、无源器件电气指标的定义三、腔体器件与微带器件的比较四、无源器件的工艺要求五、室内分布系统应用案例六、室内分布系统功分器的选择目录一、无源器件概述无源器件分为线性器件与非线性器件。线性无源器件又有互易与非互易之分。线性互易元件只对微波信号进行线性变换而不改变频率特性，并满互易原理。通常我们所说的工程用无源器件指的都是线性互易元件。二、无源器件－功分器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。800MHz~2500MH宽频腔体功分器800MHz~2500MH宽频微带功分器功分器的产品种类二、无源器件－功分器功分器的典型指标名称宽频腔体功分器型号RD-52N/NP-F2RD-53N/NP-F2RD-54N/NP-F2频率范围800~2500MHz分配损耗3dB4.8dB6dB插损≤0.2dB≤0.2dB≤0.2dB驻波比（输入端口）≤1.2:1功率容量200W阻抗50Ω接头N-K体积210×61×25mm233×61×25mm233×61×43mm重量0.3kg0.44kg0.50kg环境温度-35℃~+75℃相对湿度≤95%宽频腔体功分器RD-52（3，4）N/NP-F2：二、无源器件－功分器隔离度：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)21201917.616.615.614电气指标参数说明二、无源器件－功分器

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。功分器的功率容量、承载功率与输入功率二、无源器件－功分器

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：

作为功分器来讲，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。功分器为什么不能作大功率合路器使用？二、无源器件－功分器有一种情况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。二、无源器件－功分器

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。二、无源器件－功分器定向耦合器的定义

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。二、无源器件－耦合器端口1，输入端端口2,直通端端口3，耦合端端口4，隔离端耦合器的典型指标名称宽频腔体定向耦合器型号RC-5NK-xxF3频率范围800-2500MHz耦合度6dB：6±0.6dB；10dB：10±0.8dB15dB：15±1.0dB；20dB：20±1.0dB30dB：30±1.0dB插损(含分配比)6dB：<1.6dB；10dB：<0.6dB15dB：<0.3dB；20dB：<0.2dB30dB：<0.15dB驻波比≤1.25∶1功率容量200W方向性≥25dB接头N-K尺寸120×40×17mm重量0.20kg环境温度-35℃~+75℃相对湿度≤95%宽频腔体定向耦合器RC-5NK-xxF3二、无源器件－耦合器耦合度：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：

电气指标参数说明二、无源器件－耦合器主线损耗：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耦合器的主干损耗为：主干损耗（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。

电气指标参数说明二、无源器件－耦合器功率容量（承载功率）：在耦合器上标注的功率同样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。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。电气指标参数说明二、无源器件－耦合器３dB电桥的定义

３dＢ电桥是定向耦合器的一种。作为功率合成器使用时，两路输入信号接入互为隔离端口，而耦合输出和直通输出端口互易．如作为两路输出，不考虑损耗，则输入信号功率之和平分于两输出口。

在工程应用中，当作为单端口输出使用时，另一输出端必须连接匹配功率负载以吸收该端口的输出功率，否则将严重影响到系统传输特性，而这同时，也带来了附加的３dB损耗，这对于系统应用来说，对其有源部分的成本和可靠性都会有影响．二、无源器件－３dB电桥电桥的产品种类电桥的分类主要是根据工作频段的不同和接头形式的不同二、无源器件－３dB电桥电桥的主要工程应用主要应用于同频段内不同载波间的合路应用。

由于电路和加工装配上的离散性，电桥耦合器输入端口的隔离度比较低，不建议应用在不同频段间的合路应用。综上，在异频合路应用时，除了同频段内相邻载频（如ＧＳＭ下行频段内的相邻载频）等只能采用３dB电桥而不适用双工／多工合路器情况外，建议在使用中优先选用双工／多工合路器，以改善系统的性能指标，增加可靠性．二、无源器件－３dB电桥

滤波器的定义滤波器是一种双端口网络，它最基本的应用就是抑制不需要的频率信号，让需要的频率信号通过在微波系统中起频率选择的作用。滤波器主要作为模块级产品与主设备进行配套使用，个别情况下需要克服频段外杂波干扰时可单独使用。在实际应用中，把两个或两个以上的滤波器组合到一起，就成了双工器或合路器。二、无源器件－滤波器滤波器的典型指标型号FC-8C190117SB301频率范围(MHz)1893-1910带宽(MHz)17插入损耗(dB)常温≤1.1极限温度≤1.3回波损耗(dB)常温≥20极限温度≥18带内波动(dB)≤0.5带外抑制(dB)≥65@DC-1700MHz≥45@1800-1883MHz≥45@1920-2170MHz≥65@2200-3000MHz平均功率(W)50端口类型SMA-F滤波器FC-8C190117SB301二、无源器件－滤波器实现滤波器的形式有很多种，目前使用比较多的有同轴线形式的、微带线形式的、同轴腔形式的、波导形式的等等。同轴线形式一般用于实现低通滤波器。微带线形式滤波器插入损耗较大，功率容量受材料限制。同轴腔滤波器设计较为灵活，插入损耗小，但体积较大。

滤波器的实现形式二、无源器件－滤波器目前绝大多数带通滤波器采用该设计方式予以实现。波导滤波器主要用于高频滤波器的实现。滤波器的结构组成调谐杆盖板接头腔体谐振柱二、无源器件－滤波器电气指标参数说明滤波器的主要指标有：通带频率、通带带宽、插入损耗、带内波动、回波损耗、带外抑制度。滤波器的各个指标都不是独立的，它们之间都存在一定的联系。滤波器端口1端口2二、无源器件－滤波器在其他条件不变的前提下腔体尺寸增加Q值增大插损变小谐振腔数增加带外抑制变好，插损变大成本提高成本提高引入传输零点带外抑制变好，插损变大成本提高三阶交调和功率容量要求腔体体积增大，加工工艺，生产水平提高如何考虑指标与成本的平衡二、无源器件－滤波器合路器简介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。

二、无源器件－合路器滤波器1端口1端口n滤波器2公共端口滤波器n……端口2频段合路器(Combiner)是多个滤波器组成的单元,是多端口网络所有端口均为输入/输出双功能端口。频段合路器的电性能指标和滤波器指标基本相同；二、无源器件－合路器频段合路器的定义设计方法：压缩，陷波，高Q值；实现方法：优质铝镀银材质数控加工；特点：合分路损耗小、频段间抑制度高、功率容量大、温度稳定性好等特点。频段合路器的介绍双频合路器三频合路器二、无源器件－合路器合路器的典型指标双频合路器CM-2WNN1D01二、无源器件－合路器应用功能对比：合路器ＶＳ电桥ＶＳ功分器合路器（频段合路器）为选频合路器，以滤波多工方式工作，可实现两路以上信号合成，能实现高隔离合成，主要用于不同频段的合路，可提供不同系统间最小的干扰。

３dＢ电桥（同频合路器）为同频合路，只能实现两路信号合成，隔离度较低，可实现两路等幅输出。

功分器（功率合成器）为同频合路，可实现多路合成，隔离度较低，只能提供一路输出。受功率容量限制。二、无源器件－合路器二、无源器件－合路器

室外型防护等级可达到IP65，防凝露设计，防雷设计且带DCPass功能。

室外双频合路器

淋水试验二、无源器件－合路器基站合路器（室外型)作为高端无源器件，在共址共建的基站配套业务中将占据越来越重要的地位。SeparateorDualbandantennasBTSGSMBTSUMTSantantBTSGSMBTSUMTSantantCombinerCombinerTwocablesTwoDiplexers二、无源器件－合路器

双宽频合路（CDMA800&GSM900/GSM1800&WCDMA）双频合路（GSM1800/WCDMA）三频合路（CDMA800&GSM900/GSM1800/WCDMA）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。同频合路器的定义二、无源器件－合路器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二、无源器件－合路器衰减器是二端口互易元件衰减器最常用的是吸收式衰减器．工程中通常使用的是同轴型衰减器，由“π”型或“Ｔ”型衰减网络组成。同轴衰减器通常有固定及可变衰减两种。衰减器主要用于检测系统中控制微波信号传输能量、消耗超额能量，因而扩展信号测量的动态范围，诸如功率计，频谱分析仪，放大器，接收器等。负载是一种特殊的衰减器，衰减度为无限大。二、无源器件－衰减器

衰减器的定义衰减器的产品种类衰减器的分类主要是根据衰减度的不同和功率容量的不同二、无源器件－衰减器

随着运营商对系统指标及质量要求的提高，部分运营商对无源器件也提出了更高的要求，如上海移动、上海电信、广东移动、广东电信等运营商，均要求使用腔体耦合器件，我公司根据市场的这一需求，开发了全系列的腔体器件。三、腔体器件与微带器件的比较

腔体耦合器的特点微带线耦合器腔体定向耦器同轴腔体耦合器插损大较小小驻波比较差较好差方向性较好较好不作为声明值功率容量小中大端口匹配所有端口阻抗匹配所有端口阻抗匹配输入口匹配内部结构焊接方式有隔离电阻空气介质，无焊点可靠性中中高三、腔体器件与微带器件的比较腔体功分器的特点微带功分器腔体功分器插损相对稍大小输出口驻波小不作为声明值输出隔离保证一定程度隔离不作为声明值功率容量小大可靠性相对稍差高可靠，长寿命三阶互调失真典型值-140dBC典型值-150dBC对终端要求要求负载驻波小无应用室内中小功率场合所有场合三、腔体器件与微带器件的比较首先，它的核心电路设计要求精确。第二，它使用的材料要求符合工程器件要求。第三，器件的加工工艺是器件整体可靠性的保证。第四，器件的工程安装要求方便四、无源器件的工艺要求

相对有源来讲，由于构成无源器件的原件非常之少，所以它的生产相对简单，但是由于器件的频率很高，对于加工细节的要求也相应较高。电缆头内导体采用铍青铜材料，加工并收口处理后，滚镀银或三元合金或金；外导体采用黄铜材料，加工后表面作三元合金或镀银处理。

我们来作个实验：在电缆接头的内导体插孔中插入摄子钳，电缆接头的内导体插孔大约被扩张1mm。摄子钳拔出后，内导体插孔没有收缩到原位，内导体被损坏，见照片。造成该现象的原因是内导体未采用铍青铜的弹性材料，而使用的是普通无弹性铜材，其后果是电缆头内导体不能形成持久的抓力，在使用一段时间后，由于腐蚀氧化等原因，最终造成电缆头和电缆座接触不良。使用的材料要求符合工程器件要求四、无源器件的工艺要求

电阻采用射频微带大功率厚膜电阻。

无源器件所标注的功率容量往往很难进行测试，该指标除了和设计、选材与制作方式有关外，功率负载的功率容量是一个主要的因素。通常耦合器的一个端口接负载，以6dB为例，当该器件在输出端口承载2W功率的信号时，则在负载上要承载0.5W功率，部分厂商为了节省成本，在此采用了1/8W贴片电阻，实际上根本无法承载所要求的功率。为了保证器件所能承载的功率（输入端口300W，或输出端口2W），我公司生产的器件均采用5W的功率负载电阻。四、无源器件的工艺要求

电路板采用聚四氟乙烯玻璃布覆铜板加工而成，表面镀金或镀锡

焊锡采用无铅高温焊锡，保证器件在高温环境下工作的可靠性。使用的材料要求符合工程器件要求三阶交调要求：

无源器件的三阶互调主要由接头部分产生。我们对器件所用的接头进行了严格控制，包括结构尺寸、材料、镀层等方面。结构尺寸符合国标；接头内导体材料用铍青铜，可保证接触紧密。镀层采用三元合金或镀银，镀金零件不用镍打底。采取以上措施，可有效的提高器件的三阶互调指标。四、无源器件的工艺要求

采用整体铝材铣床加工全部采用不锈钢螺丝表面防腐处理上下盖装配时涂防水导电胶例如，在防水、防腐、防锈、防尘、防潮的工艺处理：四、无源器件的工艺要求

器件的加工工艺是器件整体可靠性的保证工程安装支架四、无源器件生产的工艺要求

器件的工程安装要求方便客户提出的原方案

客户要求:C、G两网合路，其中GSM直放站频率为上行885-915MHz，下行930-960MHz，CDMA频率上行为825-835MHz，下行为870-880MHz。五、室内分布系统应用案例

电信CDMA和移动GSM合路案例原方案图五、室内分布系统应用案例

由上图可知，该室内覆盖系统要求将GSM和CDMA网络经合路器合路后，由一个二功分器分成两路，再经多级耦合器耦合后覆盖各室内盲区。其中CDMA端接入一个CDMA双工滤波器，将885-915MHz频段的干扰滤除（由于GSM信号的上行频段为885-915MHz，CDMA的下行频段870-880MHz，两频段只有5MHz的间隔，C网的发信将导致G网的收信产生干扰，须要用滤波器将885-915MHz干扰信号滤除）。原案例分析五、室内分布系统应用案例

为保证C和G网的正常运作，两网之间的带外抑制必须保证在70dB。就目前技术而言，C网端接入的滤波器在880-885MHz（5MHz带宽）的带外抑制约为40dB，合路器在880-885MHz（5MHz带宽）的带外抑制约为10dB（max），经线性叠加，只能达到50dB的抑制，明显不能满足系统带外抑制（70dB）要求。故此方案不可行。原方案可行性分析五、室内分布系统应用案例

根据该室内覆盖系统的要求，CDMA和GSM由合路器合路后再经二功分器分为两路，形成一个两进两出的结构，故可以将该合路/分路系统用3dB电桥（电桥的两个输入口有30dB的隔离度）替代，因此可以提高整个系统的抑制。电桥的30dB抑制与CDMA双工滤波器的40dB的抑制线性叠加，即可达到系统要求的70dB的带外抑制。在GSM主机端加入一个GSM双工滤波器，可以确保GSM网络不受其频段以外杂波的干扰，从而提高GSM信号的收发质量。通过对原方案的修改，可以保证CDMA和GSM两网正常工作，且互不干扰。理论论述五、室内分布系统应用案例

更新方案图五、室内分布系统应用案例

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，二者各有优点，本说明阐述二者的区别。六、室内分布系统功分器的选择

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。电抗功分器和Wilkinson功分器的特点六、室内分布系统功分器的选择

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。电抗功分器和Wilkinson功分器的特点六、室内分布系统功分器的选择

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