利用分配器/合成器分離或合成微波信號

在系統(tǒng)內(nèi)對信號進(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)計的。此外，所有功率分配器和合成器都存在某些插入損耗，會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，但仍然在高級系統(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需要考慮的一些關(guān)鍵性能參數(shù)，隨后，對主要供應(yīng)商的幾個例子進(jìn)行探究。

要從這些元件選擇出一種，最簡單方法不是詳細(xì)列出實現(xiàn)功率分配器或合成器時的各種不同設(shè)計方法，而大概是綜合考慮所需要的功能(是信號分配還是合成）、工作帶寬、期望功率水平，以及信號必須分配的路數(shù)或者要合成的信號數(shù)。例如，二元功率分配器由一個輸入提供兩個幅度基本相同的輸出信號。通過將多個兩路分配器串接，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)計方法及內(nèi)部元件(如電阻）有關(guān)。Meca電子公司在其網(wǎng)頁上免費提供有應(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要用作功率合成器時要考慮的問題。

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)點以及T型功率分配/合成器。該應(yīng)用筆記可免費從Microlab/FXR的網(wǎng)頁 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、分離信號的幅度接近程度(輸出幅度不平衡性），以及分離信號的信號相位接近程度(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。

功率分配器會使輸出信號產(chǎn)生相位差。例如，0°功率分配器將一輸入信號分離成幅度和相位都相同的兩個或多個輸出。90°混合分配器的輸出信號之間的相位差為90°。對180°混合分配器，當(dāng)輸入加到和輸入口時，一個輸入信號可以分離成幅度和相位都相同的兩個輸出信號。但當(dāng)輸入信號加到差輸入口時，得到的輸出信號幅度相同，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600~2,300MHz應(yīng)用，帶SMA連接器，為0°元件，此元件的4個口中每個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公司同時也提供設(shè)計師工具包，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，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。