Splitter之二：T形节

陆妹

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Splitter之二：T形节

EDA365原创     作者：何平华老师

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Splitter之T形节。碎片三分钟，收获一丢丢。

功率分配合路器（Power Splitter & Combiner）、功分器（Power Splitter）、合路器（Power Combiner），名称经常混用，其实说的是同一个东西。

如上图所示，输入端当做功分器用，将小功率信号分成4路，分别经过PA放大到中功率，用合路器再将4路中功率合成大功率。

功分器倒过来镜像使用，就成了合路器。

威尔金森T形节演变

射频信号传输和处理通常是一条路走到黑，除非需要做功分合路。

正如以前说过，射频微波电路与低频电路一样，1分2功分器，也是由T形节（三岔口）构成，不一样的是射频微波电路需要考虑T形节的阻抗匹配。

丰满的理想是：一个射频信号从50欧的微带线输入到T形节，希望从T形节分出的两根微带线阻抗都是100欧，两个100欧并联仍然是50欧，则T形节是阻抗匹配的。如果分路端的阻抗也是100欧，则分路端也是匹配的。这种阻抗匹配与频率无关，在任何频点都符合阻抗匹配，如下图左所示。

       骨感的现实是：两个分路端阻抗通常不是100欧，而是50欧！否则不符合标准。——至于射频微波电路到处都采用50欧标准的原因，可关注本公众号，或电巢APP，或访问https://www.eda365.com/thread-189809-1-1.html。

       标准为啥重要？举个例子，全球化集装箱内部装的是水果、酒类、衣服鞋帽、元器件、电脑手机、机械设备、木材、工业半成品等等五花八门，但全球的集装箱结构尺寸只有两种：长集装箱、短集装箱，两个短集装箱长度刚好是长集装箱的一半，所有长卡车、港口装卸机、轮船货仓结构都必须遵守这个标准的外形和尺寸，才能做到高效无缝的海陆联运，提高效率。至于非标准的箱子，结构不匹配，没法运输。

现实中，所有的射频微波天线、射频微波部件、射频同轴连接器、射频电缆、射频测试仪器都采用50欧标准。

首先从T形节向任意一个分路端看过去，其等效阻抗必须是100欧，这就要求必须在100欧微带线与50欧分路端之间增加一段1/4波长阻抗变换器，将100欧变换到50欧，就能匹配。这段阻抗变换器是一根70.7欧的微带线，如下图左所示。

只要与波长扯上关系，这个T形节就变为窄带了！

增加一段1/4波长阻抗变换器后，从T形节向每一个分路端看过去的等效阻抗是100欧，如上面的左图所示，T形节附近还留有两小段100欧微带线。射频微波电路里，如果100欧微带线阻抗与100欧负载阻抗相等，则等效阻抗与100欧微带线长度无关——即使100欧微带线长度是零也可以。

所以如上面的右图所示，将100欧的微带线可以省掉，变成标准的1分2的等功分威尔金森功分器，这就是标准的1分2的等功分威尔金森功分器拓扑结构是50欧~70.7欧~50欧的来历。

但正如上面的右图所示，即使没有两小段100欧微带线，但从T形节向每一个分路端看过去的等效阻抗仍然是100欧，而不是70.7欧！

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T形结的功率分配比

上文所说的是等功率分配，如果是不等功率，则联立以下两个方程式：

P1 * Ze1 = P2 * Ze2

Ze1 // Ze2  = 50

来确认从T形节看各分路端的等效阻抗Ze1、Ze2。

注意等效阻抗不一定是微带线阻抗，前面的等功分例子，等效阻抗是100欧，但1/4波长微带线阻抗是70.7欧。

两斜杠“//“ 表示并联阻抗运算。

例如要实现2:1的功率分配比，则套用上面方程组解出：从T形节看两个分路端等效阻抗分别是75欧、150欧。

再根据阻抗变换器公式，算出两段1/4波长阻抗变换器的微带线阻抗分别是61.2欧、86.6欧。

ADS中搭个最简电路图，仿真一下这个T形节，省掉了非必要的50欧微带线，只留下两段1/4波长阻抗变换器的微带线构成的T形节：

仿真结果如下：

       从合路端回波损耗看，1/4波长的频点在1.82GHz，则此频点两分路端的功率分别是1.8dB、4.8dB，相差3dB，也就是功率比2:1。证明上述的计算过程正确。

出品｜EDA365

作者｜何平华老师

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射频应用非常广泛，生活中处处可见