射频的功分和合路,其实并不简单

学术   2024-11-27 00:01   浙江  

射频入门》这个合集好久没有更新了,好多同学可能都以为这个合集结束了。其实这个合集还远没有结束,这个合集我打算一直更新下去。对于这些天的懈怠,向大家说声抱歉。

射频基础知识部分已经基本上总结完整,包括射频设计的各种方法,基础概念,阻抗匹配,传输线,谐振腔等知识,接下来要进入到射频器件的总结学习,这里将概括到射频设计中所用到的各种器件,包括功分器,耦合器,滤波器,混频器,放大器,射频开关,天线等方面。

(希望这一部分的更新频率能够加快一些!)

我们今天先来学习一下射频的功分和合路

我们在射频电路设计中,经常需要到射频信号进行拆分,也就是从单路信号拆分成多路信号,比如在天线分集设计中。也常常需要对多路信号进行合路,也就是多路信号合成一路信号,比如天线复用。在射频设计中,用来将信号拆分的器件就是功分器,相反,用来将信号合成的器件就是合路器。

下图给出了功分器和合路器的手绘草图,左图是一个功分器的信号流图,射频信号从端口1进入,在结点处一分为二,分别从端口2和端口3输出;而右图则为合路器的信号流图,与功分相反,信号从端口2和端口3进入,在结点处合二为一并从端口1 输出。

所以大多数情况下,,功分器又可以用作合路器使用,但是在有些特殊情况下,不是所有的功分器都可以作为合路器使用。

№1 功分器和合路器的主要指标

首先,作为一个射频器件,需要满足它的工作条件,这样才能在电路中发挥良好的作用。

射频功分器的主要指标包括:

频率范围:

功分器的工作频率范围是这个功分器的基础,其实任何一个射频器件都有它自己的工作频率,小到一个射频电阻,大到整个射频系统,频率都是其最基本的指标。

涉及频率范围的参量,包括工作带宽 BW,中心频率 f0,起止频率 f1&f2等。

频率的单位是Hz,kHz,MHz,GHz,THz 等等。

分配损耗:

功分器的分配损耗是指信号经过功分器之后,输出信号和输入信号的比值,通常用dB表示。

对于等分功分器,分配损耗的计算公式为 10log(1/N)dB, 比如一分二等分功分器的分配损耗为3dB,一分四等分功分器的分配损耗为6dB。

插入损耗:

 信号通过功分器之后实际的输出信号减去分配损耗之后减小的值就是插入损耗。这个通常是由功分器本身的传输线损耗,匹配损耗等引起。

回波损耗:

回波损耗也是一项非常重要的指标,用来表示功分器各个端口的匹配情况,回波损耗越小,匹配越好。 回波损耗也常用电压驻波比VSWR来代替。

隔离度:

功分器两个分路端口之间的隔离度,也是一个重要的指标,以保证各个端口之间信号不会相互串扰。

功率容量

对于任何一个射频器件来说,功率容量都是一个不容忽略的指标,尤其是在大功率的情况下,一定要关注功分器的功率容量。

当然合路器的主要指标,除了分配损耗之外,其他和功分器一样。分配损耗我们可以理解为合路增益,比如两个等功率的信号经过一个3dB功分器,合路信号功率是单个信号功率的两倍,也就是功率增加3dB。

№2 功分器的种类

从需要供电与否,功分器可分为有源功分器和无源功分器,但是大多数的功分器都是无源器件。

从功分器的组成上来说,可分为集总参数功分器和分布参数功分器。集总参数就是指用LCR搭建的功分电路,而分布参数功分器则指采用微波传输线组成的功分电路。

从功分器的拓扑结构上来分,又有星型功分器,威尔金森功分器,Gysel 功分器等。

当然这些功分器都可以做成等分功分器和不等分功分器,也可以做成一分二,一分三,一分四甚至更多的功分器。

№3 功分器的图示

这一节整理了一些功分器的图示,大家先熟悉一下这个射频器件的结构特征。

№4 功分器的相关资料

今天我们先整理了一些功分器相关的学习资料,有需要的同学可以进行下载。在接下来的文章中,我们重点来学习一下功分器的详细设计。

资料文件夹:

射频学堂
射频学堂专注传播射频微波,无线通信,电子硬件等相关知识,行业信息分享、推动交流学习,致力于深度服务射频与微波电子技术的发展和创新。目前全网已超过十万射频工程师关注。
 最新文章