利用分配器合成器分離或合成射頻微波信號(hào)

在系統(tǒng)內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分離或合成通常是在射頻和微波頻率下由功作為率分配器/合成器完成。理想的功率分配器也是理想的功率合成器，但不總是如此。元件不都是為反向工作而設(shè)計(jì)的。此外，所有功率分配器和合成器都存在某些插入損耗，會(huì)不可避免地影響到功率處理能力。不過，分配/合成器盡管存在缺點(diǎn)，但仍然在高級(jí)系統(tǒng)中扮演關(guān)鍵角色，所以仍屬于最重要的無源射頻/微波元件。本文首先回顧選擇功率分配器或合成器時(shí)需要考慮的一些關(guān)鍵性能參數(shù)，隨后，對(duì)主要供應(yīng)商的幾個(gè)例子進(jìn)行探究。

要從這些元件選擇出一種，最簡(jiǎn)單方法不是詳細(xì)列出實(shí)現(xiàn)功率分配器或合成器時(shí)的各種不同設(shè)計(jì)方法，而大概是綜合考慮所需要的功能(是信號(hào)分配還是合成）、工作帶寬、期望功率水平，以及信號(hào)必須分配的路數(shù)或者要合成的信號(hào)數(shù)。例如，二元功率分配器由一個(gè)輸入提供兩個(gè)幅度基本相同的輸出信號(hào)。通過將多個(gè)兩路分配器串接，可以得到高階(4路、8路、等等）功率分配器。類似地，可以將多個(gè)3路功率分配器組合，得到奇數(shù)路輸出的功率分配器。

特定功率分配器用作功率合成器的效果如何，通常與設(shè)計(jì)方法及內(nèi)部元件(如電阻）有關(guān)。Meca電子公司在其網(wǎng)頁(yè)上免費(fèi)提供有應(yīng)用筆記(“應(yīng)用筆記MAP- 801”），題目為“為什么大多數(shù)功率分配器不適合作功率合成器”，該應(yīng)用筆記解釋了所選擇的功率分配器同時(shí)要用作功率合成器時(shí)要考慮的問題。

出于教育的目的，Micro-lab/FXR也提供了一篇出色的有關(guān)功率分配器和合成器的應(yīng)用筆記，回顧了下列元件的基本差異，如電阻、電抗、Wilkinson、正交、分支線、節(jié)點(diǎn)以及T型功率分配/合成器。該應(yīng)用筆記可免費(fèi)從Microlab/FXR的網(wǎng)頁(yè)www.microlab.fxr.com處獲取。該公司的新型DX-N系列非平衡分配器是為提供寬達(dá)30:1或者接近2:1的功率分配比而設(shè)計(jì)的。這種分配器非常適合800~2,500MHz室內(nèi)無線通信應(yīng)用，這種非平衡分配器可以處理300W平均功率和1kW的峰值功率。

一般來說，選擇功率分配器或合成器就是比較關(guān)鍵性能參數(shù)，包括插入損耗、端口間的隔離度、分離信號(hào)的幅度接近程度(輸出幅度不平衡性），以及分離信號(hào)的信號(hào)相位接近程度(輸出相位不平衡性）。此外，額定功率通常也很關(guān)鍵，以最大輸入功率(假定阻抗匹配條件下）及最大內(nèi)部負(fù)載耗散(內(nèi)部端接的額定功率）來定義。另外一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是回波損耗或稱VSWR，該參數(shù)能表明元件阻抗與目的應(yīng)用的特性阻抗匹配程度。

功率分配器會(huì)使輸出信號(hào)產(chǎn)生相位差。例如，0°功率分配器將一輸入信號(hào)分離成幅度和相位都相同的兩個(gè)或多個(gè)輸出。90°混合分配器的輸出信號(hào)之間的相位差為90°。對(duì)180°混合分配器，當(dāng)輸入加到和輸入口時(shí)，一個(gè)輸入信號(hào)可以分離成幅度和相位都相同的兩個(gè)輸出信號(hào)。但當(dāng)輸入信號(hào)加到差輸入口時(shí)，得到的輸出信號(hào)幅度相同，但相位相差180°。

例如，Mini-Circuits公司的表面貼裝型SP-2C1+兩路功率分配/合成器為0°元件，封裝大小僅為0.106英寸×0.087英寸×0.035英寸(2.69×2.21×0.8?mm）。該RoHS兼容的功率分配/合成器是為6?0~1,100MHz應(yīng)用設(shè)計(jì)的，在此頻率范圍內(nèi)，插入損耗一般為0.4dB，口-口隔離度一般為20dB。該功率分配/合成器適合手機(jī)和其它無線應(yīng)用，作為分配器，處理1.5W的最大輸入功率，最大內(nèi)部功耗為0.75W。

對(duì)更寬的寬帶應(yīng)用，該公司也提供ZB4PD- 232-50W+型同軸4路功率分配/合成器，該分配/合成器針對(duì)600~2,300MHz應(yīng)用，帶SMA連接器，為0°元件，此元件的4個(gè)口中每個(gè)口的處理功率都可達(dá)50W。在1800~2,000MHz頻率范圍內(nèi)，該器件的典型插入損耗為0.9dB，在同一頻率范圍內(nèi)，典型隔離度為28dB。典型隔離度為19dB。在600~2,300MHz頻率范圍，該4路功率合成/分配器將幅度不平衡一般控制到0.05dB，在同一頻率范圍內(nèi)，將相位一般控制到0.9°。所有口的VSWR都等于或優(yōu)于1.20:1。

Mini-Circuits公司同時(shí)也提供設(shè)計(jì)師工具包，其中有大量不同頻率范圍的功率分配/合成器例子。以K1-QCN設(shè)計(jì)師工具包為例，在220~4,500MHz之間給出了10種不同分配器模型，功率處理能力都達(dá)15W，每種模型提供有兩個(gè)例子。這些QCN功率分配/合成器插入損耗一般為0.4dB，隔離度一般為32dB，為小型陶瓷封裝，大小僅為0.012×0.60×0.35英寸。

單從功率角度來看，沒幾個(gè)公司能趕上Werlatone公司。例如，Werlatone公司的D5738兩路功率分配/合成器在1.5~30.0MHz范圍的連續(xù)波額定功率為12,500W，該元件為風(fēng)扇冷卻，插入損耗低，為0.2dB，口間隔離最小為20dB，最大VSWR為1.25:1。幅度不平衡最大為0.2dB，相位不平衡最大為5°。對(duì)更高頻率的應(yīng)用，該公司提供有38?7型兩路功率分配/合成器，在頻率500~1,000MHz之間的連續(xù)波額定功率為1,000W。該元件最小隔離為18dB時(shí)，插入損耗僅0.2dB，可選的連接器有多種，包括N型、SMA及BNC型。

Krytar公司的6005265型是一種寬帶兩路功率分配器，頻率范圍為0.5~26.5GHz，在該頻率范圍內(nèi)的最大插入損耗為1.9。全頻帶幅度不平衡為0.5dB，相位不平衡為10°情況下，隔離度為19dB。該兩路功率分配/合成器采用了一種特殊的匹配線配置來實(shí)現(xiàn)高方向性。提供有3.5mm同軸連接器，額定輸入功率水平為10W。

Aeroflex/Weinschel 公司提供從直流到40GHz頻帶的電阻型功率分配器及合成器。例如，1575型是一種電阻型兩路功率分配器，直流到40GHz之間標(biāo)稱插入損耗為6dB。此種寬帶功率分配器配有2.92mm連接器，在1W額定連續(xù)波功率輸入下，幅度不平衡優(yōu)于0.2dB，相位不平衡優(yōu)于2°。

Renaissance電子公司提供有400MHz系列兩路直到16路結(jié)構(gòu)的功率分配/合成器。該系列是為400~500MHz頻率范圍應(yīng)用設(shè)計(jì)的，性能優(yōu)異，插入損耗達(dá)到了0.15dB，隔離度為21dB，VSWR為1.20:1。額定輸入功率為200W CW。

Anaren 微波公司提供頻率在400MHz~8GHz范圍內(nèi)的各種系列微型功率分配器，這些微型分配器的尺寸僅為0.79×0.49英寸(2.00×1.25mm）。例如，PD0922J5050D2型是一款微型表面貼裝Wilkinson功率分配器，用于手機(jī)應(yīng)用很理想，在950~2150MHz頻率范圍內(nèi)的典型插入損耗為0.7dB，典型隔離度為12dB，額定功率水平為2W CW。此種功率分配器為RoHS兼容，用陶瓷填充PTFE合成材料制造以達(dá)到良好的熱穩(wěn)定性。