-
实验四：功分器（
Power
Divider
）
*
一、实验目的：
1
< br>、了解功分器的原理及基本设计方法。
2
、用实验模组实际测量以了解功分器的特性。
3<
/p>
、学会使用
MICROWAVE
软件对功
分器设计及仿真，并分析结果。
二．预习内容：
1
、熟悉功率分接的理论知识。
2
、熟悉功分器的理论知识。
三．实验设备：
项次
设备名称
数量
备注
1
2
3
4
5
6
7
MOTECH RF2000
测量仪
功分器模组
< br>1A
、
2A
50
Ω
终端负载
THRU
端子
50
Ω
BNC
连接线
1M
Ω
BNC
连接线
MICROWAVE
软件
1
套
亦可用网络分析仪
2
组
RF2KM4-1A
RF2KM4-2A
1
个
LOAD
1
个
THR
U
（
RF2KM
）
2
条
CA-1
、
CA-2
2
条
CA-3
、
CA-4
1
套
微波软件
四．理论分析：
（一）功分器的原理
:
功分器是三端口网络结构（
3-port network
）
，如图
4-1
所
示。信号输入
端（
Port-1
）的功
率为
P1
，而其他两个输出端（
Por
t-2
及
Port-3
）的功率分
别为
P2
及
P3<
/p>
。由能量守恒定律可知
P1=P2 +
P3
。
若
P2=P3
并以毫瓦分贝（
dB
m
）来表示三端功率间的关系，则可写成：
P2(dBm) = P3(dBm) =
P
in
(dBm)
–
3dB
Port-2
P2
Power
Port-1
Divider
Port-3
P1
P3
图
4-1
功率衰减器方框图
当然
P2
并不一定要等于
P3
，
只是相等的情况在实际电路中最常用。
因此，
< br>功分器在大致上可分为等分型（
P2=P3
）及比例型（
P2=
K
·
P
3
）两种类型。其
设计方法说明如下：
（
1
）等分型：
根据电路使用元件的不同，可分为电阻式、
L-C
式及传输线式。
A.
电阻式：
此类电路仅利用电阻设计。
按结构可分成
Δ
形
,Y
形，如图
4-2(a)(b)
所示。
< br>
Port -2
Port
-2
P
2
P
2
Zo
Zo/3
Port -1
Port -1
P
1
P
1
Zo
Zo
/
3
Zo/3
P
3
Zo
P
3
Port -3
(a)
Port
-3
(b)
图
4-1(a)
Δ
形电阻式等功分器
图（
b
）
Y
形电阻式等功分器
其中
Zo
就是电路特性阻抗（
Characteristic
Impedance
）
，在高频电路中，
在不同的使用频段，电路中的特性阻抗不相同。在本实验中，皆以
50
Ω
为例。
此型电路的优点是频宽大、布线面积小、及设
计简单，而缺点是功率衰减较大
（
6dB
）
。
理论推导如下
:
V
Zo/3
1
3
2
V0 =
·
·
V1 =
·
V1
V
Zo
2
4
3
V
Zo
/
V
3
Zo/3
V
2
=
V3 =
·
V0
4
Zo
1
V
2
∴
V
2
=
·
V1
→
20
·
log[ ]=
-6dB
2
V
1
B.
L-C
式
此
类电路可利用电感及电容进行设计。
按结构可分成高通型和低通型，
如图
4-3(a)(b)
所示。其设计公式分别为：
a.
低通型（
Low-
pass
）
：
L
S
?
Z
o
?
o
?
2
C
p
?
1
?
o
?
Z
o
?
o
?
< br>2
?
?
f
o
其中
fo
——操作频率（
operating
frequency
）
Zo
——电路特性阻抗（
characteristic
impedance
）
Ls
——串联电感（
series-
inductor
）
Cp
——并联电容（
shunt-
capacitor
）
b.
高通型（
High-
pass
）
：
L
p
?
Z
o
?
o<
/p>
C
S
?
2
?
o
?
Z
o
?
o
?
2
?
?
f
o
其中
fo
——操作频率（
operating
frequency
）
Zo
——电路特性阻抗（
characteristic
impedance
）
Lp
——并联电感（
shunt-
inductor
）
Cs
——串联电容（
series-
capacitor
）
L
s
C
s
Port-2
Port-1
Port-1
Port-2
P
2
P
1
P
1
P
2
C
p
C
p
L
p
L
p
L
s
C
s
P
3
P
3
Port-3
Port-3
Z
o
Z
o
(a)low-pass
(b)high-pass
图
4-2(a)
低通
L-C
式等功分器
; (b)
高通
L-C
式等功分器
C
．传输线式（
Transmissi
on-line Type
）
此种电路按结构可分为威尔金森型和支线型，如图
4-3(a)
(b)
所示。
其设计公式分别为：
a.
威尔金森型（
Wilkinson
Pattern
）
Port-2
P
2
?
2
?
Z
o
P
2
=
P
3
= P
1
- 3dB
Port-1
2
?
Z
o
Zo
：
特
性
阻
抗
P
1
λ
：
输入信号波长
?
2
?
Z
o
P
3
λ
/ 4
Port-3
图
4-3
（
a
）威尔
金生型等功分器
b
支线型（
Branch-line
pattern
）
Port-1
Z
s
设计公式
:
Z
P
2
Z
Port-1
P
1
o
o
C
?
?
3
dB
Z
p
λ
/ 4
Z
p
K
?
10
?
C
10
?
0
.
5
Z
O
2
Z
S
?
Z
O
?
1
?
K
?
Z
o
Z
o
Z
s
λ
/ 4
Z
o
P
3
Port-3
Z
P
< br>?
Z
O
?
1
?
K
?
Z
O
K
图
4-3(b)
支线型等功分器
（
2
）比例型
此种电路按结构可分为支线型及威尔金森耦合线型，
如图
4-4(a)(b)
所示。
其设计公式如下：
设计公式
:
Port-2
Z
s
Z
o
P2
Port-1
Z
o
P
3
?
k
?
P
1
P
2
?
(
1
?
< br>k
)
?
P
1
P
in
Z
p
Z
p
λ
/ 4
?
Z
S
?
?
Z
?
o
?
?
?
?
1
?
k
?
?
< br>?
?
k
?
?
1
?
k
k
2
2
?
Z
S
?
Z
o
Z
o
P3
?
Z
Z
o
Z
s
?
p
λ
/
4
Port-3
?
Z
S
?
Z
o
?
1
?
k
Z
p
?<
/p>
Z
o
?
图
4-4(a)
分支线型比例功分器
（
注
: Z
P
及
Z
r
也可
以是电容或电感。请参考
L-C
型等功分器。
）
λ
/ 4
λ
/ 4
λ
/ 4
P
2
Z
o
R
Z
P
in
Z
o
Z
Z
Z
Z
P
3
Z
o
图
4-4(b)
威尔金森耦合线比例功分器
设计公式
:
P
2
?
k
P
3
?
k
?<
/p>
Z
1
?
Z
o
?
?
1
?
k
?
?
1
/
4
Z
2
?
Z
o
k
3
/
8
?<
/p>
1
?
k
?
Z
4
?
Z
o
k
1
/
4
1
/
4
Z
5
?
Z
o
k
1
/<
/p>
4
?
?
1
?
k
?
1
/
4
?
Z
3
?
Z
o
?
?
5
/
8
k
?
?
?<
/p>
1
?
k
?
R
?
Z
o
?
?
?
k
?
五、硬件测量（
RF2K
M4-1A,RF2KM4-2A
）
：
1.
测量
M
OD-4A
（
RF2KM4-1A
）<
/p>
的
S11
及
S2
1,
以了解简易的功分电路的特性；
测量
MOD-4B(RF2KM4-2A)
的
< br>S11
及
S21
测量以了解标准
的功分电路的特性。
2.
准备电脑，测量软件，
RF2000,
及若干小
器件。
3.
测量步骤
: