耦合器 功分器 合路器
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耦合器
耦合器也叫适配器，是在系统间传递功率的器件，能在微波系统中将一路微波功率按比例分成几路；也能在机械中将驱动设备和被驱动设备的轴连接起来。耦合器可以是一个独立的硬件接口设备，允许硬件或电子接口与其它硬件或电子接口相连。
介绍
耦合器也叫适配器
光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。如下图1（外形有金属圆壳封装，塑封双列直插等）。
工作原理
在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。
⒈工作特性（以光敏三极管为例）
共模抑制比很高在光电耦合器内部，由于发光管和受光器之间的耦合电容很小（2pF以内）所以共模输入电压通过极间耦合电容对输出电流的影响很小，因而共模抑制比很高。
⒉输出特性
光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流IF下，光敏管所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系，当IF=0时，发光二极管不发光，此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流，一般很小。当IF>0时，在一定的IF作用下，所对应的IC基本上与VCE无关。IC与IF之间的变化成线性关系，用半导体管特性图示仪测出的光电耦合器的输出特性与普通晶体三极管输出特性相似。
⒊光电耦合器可作为线性耦合器使用
在发光二极管上提供一个偏置电流，再把信号电压通过电阻耦合到发光二极管上，这样光电晶体管接收到的是在偏置电流上增、减变化的光信号，其输出电流将随输入的信号电压作线性变化。光电耦合器也可工作于开关状态，传输脉冲信号。在传输脉冲信号时，输入信号和输出信号之间存在一定的延迟时间，不同结构的光电耦合器输入、输出延迟时间相差很大。
光电测试
⒈用万用表判断好坏，如图3，断开输入端电源，用R×1k档测1、2脚电阻，正向电阻为几百欧，反向电阻几十千欧，3、4脚间电阻应为无限大。1、2脚与3、4脚间任意一组，阻值为无限大，输入端接通电源后，3、4脚的电阻很小。调节RP，3、4间脚电阻发生变化，说明该器件是好的。注：不能用R×10k档，否则导致发射管击穿。
⒉简易测试电路，当接通电源后，LED不发光，按下SB，LED会发光，调节RP、LED的发光强度会发生变化，说明被测光电耦合器是好的。
应用
⒈组成开关电路
当输入信号ui为低电平时，晶体管V1处于截止状态，光电耦合器B1中发光二极管的电流近似为零，输出端Q11、Q12间的电阻很大，相当于开关“断开”；当ui为高电平时，v1导通，B1中发光二极管发光，Q11、Q12间的电阻变小，相当于开关“接通”．该电路因Ui为低电平时，开关不通，故为高电平导通状态．同理，因无信号（Ui为低电平）时，开关导通，故为低电平导通状态．
2．组成逻辑电路
电路为“与门”逻辑电路。其逻辑表达式为P=A．B.图中两只光敏管串联，只有当输入逻辑电平A=1、B=1时，输出P=1．同理，还可以组成“或门”、“与非门”、“或非门”等逻辑电路．
3．组成隔离耦合电路
电路如图4所示．这是一个典型的交流耦合放大电路．适当选取发光回路限流电阻Rl，使B4的电流传输比为一常数，即可保证该电路的线性放大作用。
4．组成高压稳压电路
驱动管需采用耐压较高的晶体管（图中驱动管为3DG27）。当输出电压增大时，V55的偏压增加，B5中发光二极管的正向电流增大，使光敏管极间电压减小，调整管be结偏压降低而内阻增大，使输出电压降低，而保持输出电压的稳定．
⒌组成门厅照明灯自动控制电路
A是四组模拟电子开关（S1~S4）：S1，S2，S3并联（可增加驱动功率及抗干扰能力）用于延时电路，当其接通电源后经R4，B6驱动双向可控硅VT，VT直接控制门厅照明灯H；S4与外接光敏电阻Rl等构成环境光线检测电路。当门关闭时，安装在门框上的常闭型干簧管KD受到门上磁铁作用，其触点断开，S1，S2，S3处于数据开状态。晚间主人回家打开门，磁铁远离KD，KD触点闭合。此时9V电源整流后经R1向C1充电，C1两端电压很快上升到9V，整流电压经S1，S2，S3和R4使B6内发光管发光从而触发双向可控硅导通，VT亦导通，H点亮，实现自动照明控制作用。房门关闭后，磁铁控制KD，触点断开，9V电源停止对C1充电，电路进入延时状态。C1开始对R3放电，经一段时间延迟后，C1两端电压逐渐下降到S1，S2，S3的开启电压（1.5v）以下，S1，S2，S3恢复断开状态，导致B6截止，VT亦截止，H熄来，实现延时关灯功能。
2 区分种类 编辑
定向种类
定向耦合器是一种具有定向传输特性的四端口元件，它是由耦合装置联系在一起的两对传输系统构成的。首先介绍定向耦合器的性能指标，然后介绍波导双孔定向耦合器、双分支定向耦合器和平行耦合微带定向耦合器。
1）定向耦合器的性能指标
定向耦合器是四端口网络，端口“①”为输入端，端口“②”为直通输出端，端口“③”为耦合输出端，端口“④”为隔离端，并设其散射矩阵为[S]。描述定向耦合器的性能指标有：耦合度、隔离度、定向度、输入驻波比和工作带宽。下面分别加以介绍。
2）隔离度
输入端“①”的输入功率P1和隔离端“④”的输出功率P4之比定义为隔离度，记作I。
⑶定向度
耦合端“③”的输出功率P3与隔离端“④”的输出功率P4之比定义为定向度，记作D。
⑷输入驻波比
端口“②、③、④”都接匹配负载时的输入端口“①”的驻波比定义为输入驻波比，记作ρ。
⑸工作带宽
工作带宽是指定向耦合器的上述C、I、D、ρ等参数均满足要求时的工作频率范围。
波导种类
波导双孔定向耦合器是最简单的波导定向耦合器，主、副波导通过其公共窄壁上两
个相距d=（2n+1）λg0/4的小孔实现耦合其中，λg0是中心频率所对应的波导波长，n为正整数，一般取n=0。耦合孔一般是圆形，也可以是其它形状。当工作在中心频率时，βd=π/2，此时D→∞;当偏离中心频率时，secβd具有一定的数值，此时D不再为无穷大。实际上双孔耦合器即使在中心频率上，其定向性也不是无穷大，而只能在30dB左右。
总之，波导双孔定向耦合器是依靠波的相互干涉而实现主波导的定向输出，在耦合口上同相叠加，在隔离口上反相抵消。为了增加定向耦合器的耦合度，拓宽工作频带，可采用多孔定向耦合器，
双分种类
双分支定向耦合器由主线、副线和两条分支线组成，其中分支线
的长度和间距均为中心波长的1/4，如图5-15所示。设主线入口线“①”的特性阻抗为，主线出口线“②”的特性阻抗为（k为阻抗变换比），副线隔离端“④”的特性阻抗为，副线耦合端“③”的特性阻抗为，平行连接线的特性阻抗为Z0p，两个分支线特性阻抗分别为和。
平行种类
平行耦合微带定向耦合器是一种反向定向耦合器，其耦合输出端与主输入端在同一侧面，如右图所示，端口in为输入口,端口out为直通口，端口ocup为耦合口，端口“④”为隔离口。
3 隔离器 编辑
隔离器也叫反向器，电磁波正向通过它时几乎无衰减，反向通过时衰减很大。常用的隔离器有谐
振式和场移式两种。
谐振式隔离器
由于铁氧体具有各向异性，因此在恒定磁场Hi作用下，与Hi方向成左、右螺旋关系的左、右圆极化旋转磁场具有不同的导磁率（分别设为μ-和μ+）。设在含铁氧体材料的微波传输线上的某一点，沿+z方向传输左旋磁场，沿-z方向传输右旋磁场，两者传输相同距离，但对应的磁导率不同，故左右旋磁场相速不同，所产生相移也就不同，这就是铁氧体相移不可逆性。另一方面，铁氧体具有铁磁谐振效应和圆极化磁场的谐振吸收效应。
所谓铁氧体的铁磁谐振效应，是指当磁场的工作频率ω等于铁氧体的谐振角频率ω0时，铁氧体对微波能量的吸收达到最大值。而对圆极化磁场来说，左、右旋极化磁场具有不同的磁导率，从而两者也有不同的吸收特性。
对反向传输的右旋极化磁场，磁导率为μ+，它具有铁磁谐振效应，而对正向传输的左极化磁场，磁导率为μ-，它不存在铁磁谐振特性，这就是圆极化磁场的谐振效应。铁氧体谐振式隔离器正是利用了铁氧体的这一特性制成的。
场移式隔离器
场移式隔离器是根据铁氧体对两个方向传输的波型产生的场移作用不同而制成的。
它在铁氧体片侧面加上衰减片，由于两个方向传输所产生场的偏离不同，使沿正向（-z方向）传输波的电场偏向无衰减片的一侧，而沿反向（+z方向）传输波的电场偏向衰减片的一侧，从而实现了正向衰减很小而反向衰减很大的隔离功能，如图5-32所示。
由于场移式隔离器具有体积小，重量轻，结构简单且有较宽的工作频带等特点，因此在小功率场合得到了较为广泛的应用。
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功分器
功分器全称功率分配器，英文名Power divider，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。功分器按输出通常分为一分二（一个输入两个输出）、一分三（一个输入三个输出）等。功分器的主要技术参数有功率损耗（包括插入损耗、分配损耗和反射损耗）、各端口的电压驻波比，功率分配端口间的隔离度、幅度平衡度，相位平衡度，功率容量和频带宽度等。
功分器全称功率分配器，英文名Power divider，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，此时可也称为合路器。一个功分器的输出端口之间应保证一定的隔离度。功分器按输出通常分为一分二（一个输入两个输出）、一分三（一个输入三个输出）等。功分器的主要技术参数有功率损耗（包括插入损耗、分配损耗和反射损耗）、各端口的电压驻波比，功率分配端口间的隔离度、幅度平衡度，相位平衡度，功率容量和频带宽度等。
分类
功分器从结构上分为两大类：
(一)无源功分器，它的主要特点是：工作稳定，结构简单，基本上无噪声；而它的主要缺点是接入损耗太大。
(二)有源功分器由放大器组成，它的主要特点是:有增益，隔离度较高，而它的主要缺点是有噪声，结构相对复杂一些，工作稳定性相对较差。功分器输出的端口有二功分，三功分，四功分，六功分，八功分，十二功分。
下面对几种常见的微带功分器进行分析与对比：
一、微带分支线定向耦合器
微带分支线定向耦合器的结构如图1所示，它由两根平行导带组成，通过两条分支导带实现耦合，分支导带的长度及其间隔均为四分之一线上波长。理想情况下端口1输入无反射，输入的功率由2、3端口输出，端口4无输出，即1、4端口相互隔离。由微波理论中的奇偶模分析法可以计算出，对于功率平分的情况，分支导带的特性阻抗与输入输出线相同，而平行导带的特性阻抗为输入输出线的1/，S12与S13有π/2的相位差。微带分支线电桥主要用作微带平衡混频器，由于端口1和4相互隔离，故本振和信号互不影响，同时由微带线的平面特性，混频晶体很容易连接在端口上，电路结构既简单又紧凑。
图1 微带分支线定向耦合器
图1 微带分支线定向耦合器
二、Wilkinson功分器
Wilkinson功分器的结构如图2所示，其输入线和输出线的特性阻抗都是。对于功率平分的情况，输入和输出口间的分支线特性阻抗=，线长为四分之一线上波长，在分支线末端跨接一个电阻R，其值为2。由微波理论可以证明，这种功分器当2、3口接匹配负载时，1口的输入无反射，反过来对2、3口也如此。由端口1输入的功率被平分到端口2和3，且2、3端口间相互隔离。
图2 Wilkinson功率二分器
图2 Wilkinson功率二分器
三、双线二分器
双线二分器的结构如图3所示，它的结构很简单，而且能够根据给定的输入阻抗灵活地调整分支线的特性阻抗以达到良好的匹配，因此在天线的馈电网络设计中得到了广泛应用，但它的缺点在于输出端之间没有很好的隔离。
技术指标
功分器的技术指标包括频率范围、承受功率、主路到支路的分配损耗、输入输出间的插入损耗、支路端口间的隔离度、每个端口的电压驻波比等。
频率范围
这是各种射频/微波电路的工作前提，功分器的设计结构与工作频率密切相关。必须首先明确分配器的工作频率，才能进行下面的设计。
承受功率
在大功分器/合成器中，电路元件所能承受的最大功率是核心指标，它决定了采用什么形式的传输线才能实现设计任务。一般地，传输线承受功率由小到大的次序是微带线、带状线、同轴线、空气带状线、空气同轴线，要根据设计任务来选择用何种线。
分配损耗
指的是信号功率经过理想功率分配后和原输入信号相比所减小的量。此值是理论值，比如二功分3dB，三功分是4.8dB,四功分是6dB。（因功分器输出端阻抗不同，应使用端口阻抗匹配的网络分析仪能够测得与理论值接近的分配损耗）
插入损耗
指的是信号功率通过实际功分器后输出的功率和原输入信号相比所减小的量再减去分配损耗的实际值，（也有的地方指的是信号功率通过实际功分器后输出的功率和原输入信号相比所减小的量）。插入损耗的取值范围一般腔体是：0.1dB以下；微带的则根据二、三、四功分器不同而不同约为：0.4~0.2dB、0.5~0.3dB、0.7~0.4dB。
插损的计算方法：通过网络分析仪可以测出输入端A到输出端B、C、D的损耗，假设3功分是5.3dB,那么，插损=实际损耗－理论分配损耗=5.3dB-4.8dB=0.5dB.
微带功分器的插损略大于腔体功分器,一般为0.5dB左右,腔体的一般为0.1dB左右。由于插损不能使用网络分析仪直接测出，所以一般都以整个路径上的损耗来表示（即分配损耗+插损）：3.5dB/5.5dB/6.5dB等来表示二/三/四功分器的插损。
隔离度
指的是功分器输出各端口之间的隔离，通常也会根据二、三、四功分器不同而不同约为：18～22dB、19～23dB、20～25dB。
隔离度可通过网络分析仪测，直接测出各个输出端口之间的损耗，如上图淡蓝色曲线所示，BC间，及 CD间的损耗。
支路端口间的隔离度是功分器的另一个重要指标。如果从每个支路端口输入功率只能从主路端口输出，而不应该从其他支路输出，这就要求支路之间有足够的隔离度。
输入/输出驻波比
指的是输入/输出端口的匹配情况，由于腔体功分器的输出端口不是50欧姆，所有对于腔体功分器没有输出端口的驻波要求，输入端口要求则一般为：1.3~1.4 甚至有1.15的；微带功分器则每个端口都有要求，一般范围为输入：1.2~1.3 输出：1.3~1.4。
功率容限
指的是可以在此功分器上长期（不损坏的）通过的最大工作功率容限，一般微带功分器为：30～70W平均功率，腔体的则为：100～500W平均功率。
频率范围
一般标称都是写800～2200MHz，实际上要求的频段是：824－960MHz加上1710～2200MHz，中间频段不可用。有些功分器还存在800～2000MHz和800～2500MHz频段
带内平坦度
指的是在整个可用频段内插损含分配损耗的最大值和最小值之间的差值，一般为：0.2~0.5dB。
事例
问：分配器，分支器和功分器是同一类器件吗？它们有什么不同，可以互相代换吗？
答：肯定它们不是同一类器件；其用途和作用也不尽相同。分配器是有线电视传输系统中分配网络里最常用的器件，它的功能是将一路输入有线电视信号均等的分成几路输出，通常有二路，四路，六路等。随着有线电视网络的频率不断提升，功能不断加强，因此对分配器的要求也不断提高。工作的频率范围5MHz－870MHz，甚至更宽；有线电视网络中射频的各种接口阻抗均为75Ω，为实现阻抗匹配，因此分配器输入端和输出端阻抗均为75欧；分配损失即插损，在系统中总希望接入分配器的损耗越小越好，分配损失的大小与分配路数是有直接关系的，二路分配器的分配损失一般在3.5dB，四路分配器的分配损失一般在8dB。分配器在使用中还可分为电流通过型、双向通过型；户外型、户内型等等。分支器的功能是从所传输的有线电视信号中取出一部分馈送给支线或用户终端，其余大部分信号则仍按原方向继续传输。通常有一分支器、二分支器、四分支器等等，其他性能和分配器大致是一样的。功分器的功能是将一路输入的卫星中频信号均等的分成几路输出，通常有二功分、四功分、六功分等等。功分器的工作频率是950MHz－2150MHz，卫视烧友想必对功分器是再熟悉不过了。以上三个器件的用途和性能是完全不同的，但在日常使用中往往容易把名称混淆了，使得人们在使用中容易产生困惑。
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合路器
编辑词条
合路器
合路器(2)
在无线手机通信系统中合路器主要作用是将输入的多频段的信号组合到在一起输出路到同一套室内分布系统中。
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词条图册
中文名 合路器
应用学科 通信
外文名 Combiner，Multiplexer
目录
1简介
2原理类比说明
3作用
4合路器的分类
双频合路器
三频合路器
四频合路器
5词条图册
1 简介 编辑
在工程应用中，需要将800MHZ的C网、900MHz的G 网或是其他不同的 频率同时输出，采用合路器，可使一套室内分布系统同时工作于 CDMA频段、GSM频段或是其他频段。
如在无线电 天线系统中,将几种不同频段的(如145MHZ与435MHZ)输入输出信号通过合路器合路后,用一根馈线与电台连接,这不仅节约了一根馈线,还避免了切换不同天线的麻烦。
2 原理类比说明 编辑
泾水和渭水在西安市高陵县相汇，在泾水、渭水汇合处，清水浊水同流一河、清浊分明，分界清楚而互不相融。在 重庆朝天门码头可以看到嘉陵江汇入长江，也有类似的现象。
合路器一般用于发射端，其作用是将两路或者多路从不同发射机发出的射频信号合为一路送到天线发射的射频器件，同时避免各个端口信号之间的相互影响，如图1所示。
合路器一般有两个或多个输入端口，只有一个输出端口。端口隔离度是一个比较重要的指标，用于描述两路信号互不影响的能力，一般要求在20dB以上。
3dB 桥合路器有两个输入端口、两个输出端口，如图2所示，常用来将两个无线载频合成后馈入天线或分布系统。如果只用一个输出口，另一个输出口需接50W的负荷，此时信号合路后有3dB损耗。有时两个输出端口都要用到，这时就不需要负荷，也无3dB损耗。
将信号手机的收信和发信组合到一根天线上。在 GSM系统中，由于收发不在同一时隙，因此手机可以省去用于隔离收发的 双工器，而只需使用简单的收发合路器就可以将发信、收信信号组合到一根天线上而不会互相干扰。
对接收电路，天线将信号接收下来，通过合路器进入接收通道，与接收本振信号（即频率合成器产生的接收VCO信号） 混频，将高频信号变成 中频信号，再进行信号的正交解调，产生接收I、Q信号；然后再进行GMSK（ 高斯滤波最小频移键控）解调，把 数字信号模拟信号转变为模拟信号，之后送入基带处理单元。
对发射电路，由基带部分送来TDMA帧数据流（速率为270.833kbit/s）进行GSMK调制形成发射I、Q信号，再送到发信上变频器调制到发射频段，通过功率放大后经合路器由天线发射出去。
频率合成器为发射和接收单元提供变频所必需的本振信号，采用锁相环技术来稳定频率，它从时钟基准电路获得频率基准。
时钟基准电路一般为13MHz时钟，一方面为频率合成电路提供时钟基准，另一方面给逻辑电路提供工作时钟。
3 作用 编辑
合路器主要用作将多系统信号合路到一套室内分布系统。 在工程应用中，需要将800MHZ的C网和900MHz的G 网两种频率合路输出。采用合路器，可使一套室内分布系统同时工作于CDMA频段和GSM频段。 又如在无线电天线系统中,将几种不同频段的(如145MHZ与435MHZ)输入输出信号通过合路器合路后,用一根馈线与电台连接,这不仅节约了一根馈线,还避免了切换不同天线的麻烦
4 合路器的分类 编辑
双频合路器
① JCDUP-8019
GSM&3G双频合路器，是一个两进一出的器件。可将GSM信号（885-960MHz）与3G信号（1920-2170MHz）进行合路。
② JCDUP-8028
DCS&3G双频合路器，是一个两进一出的器件。可将DCS信号（1710-1880MHz）与3G信号（1920-2170MHz）进行合路。
③ JCDUP-8026B
（TETRA/iDEN/CDMA/GSM）&（DCS/PHS/3G/WLAN）双频合路器，是一个两进一出的器件。其中一个端口覆盖TETRA/iDEN、CDMA和GSM系统频段（800-960MHz），可输入TETRA/iDEN、CDMA、GSM或其任意的组合信号；另一端口覆盖DCS、PHS、3G和WLAN 系统频段（1710-2500MHz），可输入DCS、PHS、3G、WLAN或者其任意的组合信号。
④ JCDUP-8022
（CDMA/GSM/DCS/3G）&WLAN双频合路器，是一个两进一出的器件。其中一个端口覆盖CDMA、GSM、DCS和3G系统频段（824-960/1710-2170MHz），可输入CDMA、GSM、DCS、3G或其任意的组合信号；另一端口覆盖WLAN 系统频段（2400-2500MHz），可输入WLAN系统信号。
三频合路器
① JCDUP-8024 / JCDUP-8024B
GSM&DCS&3G三频合路器，是一个三进一出的器件。可将GSM（885-960MHz）、DCS（1710-1880MHz）和3G（1920-2170MHz）三路信号进行合路。
② JCDUP-8018
GSM&3G&WLAN三频合路器，是一个三进一出的器件。可将GSM（885-960MHz）、3G（1920-2170MHz）、WLAN（2400-2500MHz）三路信号进行合路。
四频合路器
① JCDUP-8031
GSM&DCS&3G&WLAN四频合路器，是一个四进一出的器件。可将GSM（885-960MHz）、DCS（1710-1880MHz）、3G（1920-2170MHz）和WLAN（2400-2483.5MHz）四频信号进行合路。
另外在合路器应用中需要说明的是，基站或直放站信号馈入方式为无线，其信源为宽频谱的，因此在某些场合要求窄通带，以保证信号的纯净；合路器的信号馈入方式为电缆，信号直接取自信源，其信源为窄频谱信号。如合路器JCDUP-8026B的CDMA/GSM通道，通道宽度为800-960MHz，当接入一个GSM载频信号时，因为信源是一个载频信号，馈入方式为电缆，通道中只存在该载频信号，没有别的干扰信号。因此合路器的宽通道设计在实际应用中是可行的。
