Divisor de potencia de 2, 4 y 8 vías: diferencias, pérdida de inserción y aplicaciones
Un divisor de potencia de 2 vías divide una señal de RF en dos salidas, mientras que los divisores de potencia de 4 y 8 vías distribuyen una señal de entrada a cuatro u ocho salidas. Las principales diferencias son el número de salidas, la pérdida teórica por división, la pérdida de inserción, el aislamiento, la potencia admisible y los requisitos de la aplicación.
Los divisores de potencia se utilizan ampliamente en radiofrecuencia, comunicaciones inalámbricas, DAS, redes celulares, sistemas de seguridad pública, equipos de prueba y sistemas de antenas distribuidas. Sin embargo, elegir entre un divisor de potencia de 2, 4 u 8 vías no es simplemente cuestión de seleccionar el número de puertos de salida.
A medida que aumenta el número de salidas, la potencia teórica disponible en cada una de ellas disminuye. Por lo tanto, los ingenieros deben tener en cuenta la potencia de entrada disponible, la potencia de salida necesaria, las pérdidas en los cables, el número de antenas, la frecuencia de funcionamiento y el presupuesto global del enlace de RF antes de seleccionar un divisor.
¿Qué es un divisor de potencia de RF?
Una RF divisor de potencia es un componente pasivo de radiofrecuencia que distribuye una señal de entrada entre varios puertos de salida.
Para un divisor de potencia ideal:
- Un divisor de dos vías proporciona dos salidas iguales.
- Un divisor de 4 vías proporciona cuatro salidas iguales.
- Un divisor de 8 vías proporciona ocho salidas iguales.
Por ejemplo, si entran 10 W de potencia de radiofrecuencia en un divisor ideal de dos vías, cada salida recibe aproximadamente 5 W, sin tener en cuenta la pérdida de inserción.
Con un divisor de 4 salidas, la potencia de salida ideal es de aproximadamente 2,5 W por puerto.
Con un divisor de 8 vías, cada salida recibe aproximadamente 1,25 W.
Por lo tanto, al aumentar el número de puertos de salida se reduce la potencia teórica disponible en cada salida.
Una ruta de distribución de RF simplificada puede representarse de la siguiente manera:
Fuente de RF → Divisor de potencia → Cable coaxial → Antenas
En un sistema DAS o de cobertura móvil, el divisor de potencia se utiliza a menudo para distribuir una señal de RF entre varias antenas.
Divisor de potencia de 2 vías frente a 4 vías frente a 8 vías
La diferencia más importante es la distribución teórica de la potencia.
En el caso de un divisor de potencia equitativo, la pérdida teórica por división se puede calcular de la siguiente manera:
Pérdida por división = 10 × log₁₀(N)
donde N es el número de puertos de salida.
Esto da aproximadamente:
| Divisor de potencia | Número de salidas | Pérdida teórica por división |
|---|---|---|
| 2 vías | 2 | 3,01 dB |
| 4 vías | 4 | 6,02 dB |
| 8 vías | 8 | 9,03 dB |
Estos valores representan únicamente la pérdida teórica de división. En un divisor de potencia de RF real, se producen pérdidas de inserción adicionales debidas al diseño interno, los conductores, los conectores, los materiales dieléctricos y otras pérdidas.
Por lo tanto, la pérdida de inserción real suele ser mayor que la pérdida de división teórica.
Divisor de potencia de 2 vías
A Divisor de potencia de 2 vías divide una señal de entrada de RF en dos señales de salida.
En un diseño ideal de división equitativa, cada salida recibe la mitad de la potencia de entrada.
Por ejemplo:
Potencia de entrada: 20 W
Potencia de salida 1: 10 W
Potencia de salida 2: 10 W
En este ejemplo no se tiene en cuenta la pérdida de inserción adicional del divisor.
Dado que la pérdida teórica de división es de solo unos 3 dB, un divisor de dos vías suele ofrecer la menor pérdida de división de las tres configuraciones.
Aplicaciones típicas
Los divisores de potencia de dos vías se utilizan habitualmente en:
- Sistemas de dos antenas
- Pequeñas instalaciones DAS
- Repetidores de telefonía móvil
- Equipos de prueba de radiofrecuencia
- Subsistemas de la estación base
- Sistemas de diversidad de antenas
- Redes de distribución de señales
Un divisor de dos vías suele ser la mejor opción cuando solo se necesitan dos ramificaciones de RF.
Sin embargo, el uso de varios divisores de dos vías para crear más puertos de salida puede aumentar el número de componentes e introducir pérdidas adicionales.
Divisor de potencia de 4 vías
A Divisor de potencia de 4 vías distribuye una entrada de RF entre cuatro puertos de salida.
En una configuración ideal de reparto equitativo, cada salida recibe una cuarta parte de la potencia de entrada.
Por ejemplo:
Potencia de entrada: 40 W
Potencia de salida por puerto: 10 W
Una vez más, esto es antes de tener en cuenta la pérdida de inserción adicional.
La pérdida teórica por división es de aproximadamente 6,02 dB.
En comparación con un divisor de 2 vías, el diseño de 4 vías ofrece el doble de salidas, pero supone aproximadamente 3 dB más de pérdida teórica por división.
Aplicaciones típicas
Los divisores de potencia de 4 vías se utilizan habitualmente en:
- Sistemas de antenas distribuidas
- Cobertura inalámbrica en interiores
- Redes móviles
- Sistemas de comunicación de seguridad pública
- Sistemas de antenas múltiples
- Distribución de la señal de radiofrecuencia
- Infraestructura inalámbrica
En el caso de las redes de antenas de tamaño medio, un divisor de 4 vías suele ofrecer un equilibrio práctico entre el número de salidas y la pérdida de RF.
Divisor de potencia de 8 vías
Un Divisor de potencia de 8 vías distribuye una entrada de RF entre ocho puertos de salida.
En una configuración ideal de reparto equitativo, cada salida recibe una octava parte de la potencia de entrada.
Por ejemplo:
Potencia de entrada: 80 W
Potencia de salida por puerto: 10 W
Este ejemplo no incluye la pérdida de inserción adicional.
La pérdida teórica por división es de aproximadamente 9,03 dB.
Por lo tanto, un divisor de 8 vías requiere más potencia de entrada que uno de 2 vías cuando el sistema necesita la misma potencia de salida en cada rama.
Aplicaciones típicas
Los divisores de potencia de 8 vías se utilizan a menudo en sistemas de distribución de RF de mayor tamaño, entre los que se incluyen:
- Grandes instalaciones de DAS
- Sistemas celulares con múltiples antenas
- Sistema de acceso distribuido (DAS) para la seguridad pública
- Infraestructura inalámbrica
- Redes de distribución de radiofrecuencia
- Sistemas de ensayo de laboratorio
- Sistemas de antenas multicanal
Un divisor de 8 vías puede reducir el número de etapas de división independientes en un sistema de gran tamaño. Sin embargo, los ingenieros deben tener en cuenta la mayor pérdida por división en el presupuesto de enlace de RF.
2 vías frente a 4 vías frente a 8 vías: cálculo de la potencia
La potencia de salida teórica de un divisor de potencia equitativo puede estimarse a partir de:
Pout = Pin / N
donde:
- Puchero = potencia ideal en cada salida
- Pin = potencia de entrada
- N = número de puertos de salida
Por ejemplo, pensemos en una entrada de RF de 16 W.
Separador de dos vías
16 W ÷ 2 = 8 W por salida
Separador de 4 compartimentos
16 W ÷ 4 = 4 W por salida
Separador de 8 compartimentos
16 W ÷ 8 = 2 W por salida
La potencia de salida real será menor debido a la pérdida de inserción.
Por lo tanto, los cálculos de potencia para sistemas de RF reales deben incluir tanto la pérdida de división teórica como la pérdida de inserción especificada por el fabricante.
¿Cuál es la diferencia entre la pérdida de división y la pérdida de inserción?
Estos dos términos suelen confundirse.
Pérdida dividida
La pérdida por división es la pérdida teórica provocada al repartir la potencia de entrada entre varias salidas.
Por ejemplo:
- 2 vías: aproximadamente 3 dB
- 4 vías: aproximadamente 6 dB
- 8 vías: aproximadamente 9 dB
Esta pérdida es inherente a la distribución de energía.
Pérdida de inserción
La pérdida de inserción incluye la pérdida adicional que introduce el divisor de potencia físico.
Por ejemplo, si un separador de dos vías tiene:
Pérdida teórica por división = 3,01 dB
y
Pérdida de inserción adicional = 0,4 dB
La pérdida total en cada salida es aproximadamente:
3,41 dB
Por lo tanto, a la hora de comparar divisores de potencia, los ingenieros no deberían fijarse únicamente en el número de puertos de salida.
En su lugar, consulta las especificaciones reales del fabricante sobre la pérdida de inserción en todo el rango de frecuencias de funcionamiento.
¿Por qué un mayor número de puertos de salida implica mayores pérdidas?
Un divisor de potencia distribuye la potencia de RF disponible entre sus salidas.
Para un divisor ideal que reparta a partes iguales:
- Las 2 salidas reciben 1/2 cada una.
- Las 4 salidas reciben 1/4 cada una.
- Las 8 salidas reciben 1/8 cada una.
Como resultado, cada vez que se duplica el número de resultados, se añade aproximadamente 3 dB de pérdida teórica por división.
La relación es la siguiente:
2 vías → 3 dB
4 vías → 6 dB
8 vías → 9 dB
Esta relación es importante a la hora de diseñar redes de distribución de radiofrecuencia.
Por ejemplo, un divisor de 8 vías puede resultar práctico, ya que proporciona ocho salidas a partir de una sola entrada. Sin embargo, el sistema necesita suficiente potencia de entrada para compensar la pérdida teórica de división de aproximadamente 9 dB, además de las pérdidas del cable, los conectores, la antena y otras pérdidas del sistema.
Divisor de potencia de 2 vías, 4 vías y 8 vías para DAS
Los sistemas de antenas distribuidas son una de las aplicaciones más habituales de los divisores de potencia de radiofrecuencia.
Una arquitectura típica de DAS podría tener el siguiente aspecto:
Fuente de señal → Divisor principal → Divisor de ramificación → Antenas
El número de antenas determina la estructura de distribución necesaria.
DAS pequeño
Para una instalación pequeña con dos antenas, puede bastar con un divisor de dos vías.
Por ejemplo:
Fuente de RF → Divisor de 2 vías → Antena 1 + Antena 2
Esta estructura es sencilla y reduce al mínimo las divisiones innecesarias.
DAS medio
En el caso de cuatro ramales de antena, un divisor de 4 vías puede proporcionar una ruta de distribución directa:
Fuente de RF → Divisor de 4 vías → 4 antenas
Esto puede reducir el número de componentes conectados en cascada.
DAS más grande
En el caso de ocho ramales de antena, un divisor de 8 vías puede distribuir la señal directamente:
Fuente de RF → Divisor de 8 vías → 8 antenas
Sin embargo, hay que tener muy en cuenta la mayor pérdida por división.
En instalaciones DAS de mayor envergadura, los ingenieros pueden recurrir, en su lugar, a una combinación de componentes de 2, 3, 4, 6 y 8 vías para lograr la cobertura y el equilibrio de potencia necesarios.
Divisores de potencia en cascada frente a un único divisor multivía
Hay dos formas habituales de distribuir una señal de RF a varias antenas.
Opción 1: Un separador de 8 compartimentos
Entrada → Divisor de 8 vías → 8 salidas
Pérdida teórica por división:
9,03 dB
Opción 2: Divisores bidireccionales en cascada
Entrada → 2 vías → 2 vías → 2 vías
Esto también puede crear ocho ramas.
En el mejor de los casos, la pérdida teórica total por división sigue siendo aproximadamente:
3,01 + 3,01 + 3,01 = 9,03 dB
Sin embargo, cada separador físico y cada conexión supone una pérdida adicional.
Por lo tanto, la pérdida real del sistema depende de las especificaciones concretas de los componentes y de la disposición de los cables.
Un divisor específico de 8 vías puede simplificar la instalación, mientras que una arquitectura en cascada puede ofrecer una mayor flexibilidad en redes de radiofrecuencia complejas.
La mejor opción depende de la topología requerida, la disposición física, el presupuesto energético y los requisitos de mantenimiento.
Cómo elegir el divisor de potencia adecuado
El número de resultados es solo uno de los factores de selección.
Los ingenieros deberían evaluar, como mínimo, los siguientes parámetros.
1. Gama de frecuencias
El divisor debe cubrir las frecuencias de funcionamiento requeridas.
Por ejemplo, un sistema de telefonía móvil o DAS puede necesitar cobertura de banda ancha en varias bandas.
Por lo tanto, comprueba lo siguiente:
- Frecuencia mínima
- Frecuencia máxima
- Pérdida de inserción en toda la banda
- Pérdida de retorno en toda la banda
- Aislamiento en toda la banda
Un divisor que ofrezca un rendimiento excelente en una frecuencia no tiene por qué ser adecuado para un sistema de banda ancha.
2. Número de salidas
Selecciona la configuración de salida en función de las ramificaciones de RF reales.
Utiliza un:
Separador de dos vías para dos sucursales.
Utiliza un:
Separador de 4 compartimentos para cuatro sucursales.
Utiliza un:
Separador de 8 compartimentos para ocho sucursales.
Sin embargo, evita elegir un divisor de 8 salidas simplemente porque ofrezca más puertos.
Si solo se necesitan dos salidas, un divisor de dos vías suele evitar pérdidas innecesarias por división.
3. Pérdida de inserción
La pérdida de inserción afecta directamente a la potencia suministrada a los equipos situados más adelante en la cadena.
Por lo tanto, compara la pérdida de inserción especificada en las frecuencias que utiliza el sistema.
En las aplicaciones DAS, incluso las pérdidas más pequeñas pueden llegar a ser significativas cuando se conectan en cascada varios componentes pasivos.
4. Capacidad de potencia
La potencia admisible indica cuánta potencia de radiofrecuencia puede soportar el divisor de forma segura.
La clasificación requerida depende de:
- Potencia de salida del transmisor
- Número de transportistas
- PAPR
- Ciclo de trabajo
- Frecuencia
- Configuración del sistema
En el caso de los sistemas celulares multiportadora, es posible que la potencia media del transmisor por sí sola no proporcione información suficiente.
Por lo tanto, la potencia nominal debe comprobarse en función de las condiciones reales de funcionamiento de RF.
5. Aislamiento
El aislamiento describe el grado de separación entre los puertos de salida.
Un mayor aislamiento puede reducir las interacciones no deseadas entre las ramas.
Esto resulta especialmente útil en sistemas con múltiples antenas y en sistemas DAS, en los que las distintas ramas pueden soportar cargas diferentes.
6. Pérdida de retorno y VSWR
La pérdida de retorno y la relación de onda estacionaria (VSWR) indican el grado de adaptación de los puertos de RF.
Una buena adaptación de impedancia reduce la potencia reflejada.
Los sistemas de radiofrecuencia típicos utilizan:
Impedancia de 50 Ω
Por lo tanto, comprueba que el divisor, los cables, las antenas y el resto de componentes tengan una impedancia compatible.
Divisor de potencia con bajo nivel de PIM para DAS
Intermodulación pasiva, o PIM, es un factor importante a tener en cuenta en las redes móviles y DAS.
La PIM se produce cuando dos o más señales de radiofrecuencia interactúan a través de una unión pasiva no lineal y generan frecuencias no deseadas.
Estas señales no deseadas pueden interferir en las bandas de los receptores sensibles.
Los divisores de potencia, los conectores, los cables, las antenas y otros componentes pasivos de RF pueden contribuir a la PIM.
Por lo tanto, las aplicaciones DAS suelen requerir divisores de potencia con bajo PIM.
Entre las especificaciones importantes pueden figurar:
- Nivel PIM
- Pérdida de inserción
- Pérdida de retorno
- Aislamiento
- Potencia admisible
- Gama de frecuencias
- Tipo de conector
Por ejemplo, una especificación como esta:
PIM ≤ -153 dBc
Se utiliza habitualmente para describir un rendimiento con bajo nivel de PIM en unas condiciones de ensayo definidas.
No obstante, los valores de PIM siempre deben evaluarse junto con la potencia de prueba, la frecuencia, la configuración de los conectores y el método de medición.
2 vías, 4 vías u 8 vías: ¿cuál deberías utilizar?
La elección se puede simplificar de la siguiente manera.
Elige un divisor de potencia de dos vías cuando:
- Necesitas dos salidas de RF.
- Es importante que la pérdida por división sea baja.
- El sistema cuenta con un número reducido de antenas.
- Quieres una estructura de distribución de RF sencilla.
Elige un divisor de potencia de 4 vías cuando:
- Se necesitan cuatro sucursales de RF.
- Se está diseñando una red de antenas de tamaño medio.
- Quieres reducir el número de componentes en cascada.
- La potencia de entrada disponible permite una pérdida teórica de división de aproximadamente 6 dB.
Elige un divisor de potencia de 8 vías cuando:
- Se necesitan ocho sucursales de RF.
- El sistema necesita un mayor número de salidas de antena.
- La fuente de radiofrecuencia tiene potencia suficiente.
- Se puede admitir una pérdida de separación teórica de aproximadamente 9 dB.
Por lo tanto, el mejor divisor no es necesariamente el que tiene más salidas. En su lugar, elige la configuración que satisfaga el número de antenas requerido y, al mismo tiempo, mantenga un presupuesto de enlace de RF aceptable.
Divisor de potencia de 2 vías, 4 vías y 8 vías: tabla de selección
| Parámetro | 2 vías | 4 vías | 8 vías |
|---|---|---|---|
| Puertos de salida | 2 | 4 | 8 |
| Pérdida teórica por división | 3,01 dB | 6,02 dB | 9,03 dB |
| Potencia de salida relativa | 1/2 | 1/4 | 1/8 |
| Tamaño habitual del sistema | Pequeño | Medio | Grande |
| Sucursales de RF | 2 | 4 | 8 |
| Requisitos de presupuesto energético | Inferior | Medio | Más alto |
| Usos habituales del DAS | DAS pequeño | DAS medio | DAS de gran tamaño |
| Número de componentes | Bajo | Bajo | Bajo |
| Ventaja principal | Baja pérdida por división | Recuento de salidas equilibradas | Muchas salidas |
Errores habituales a la hora de elegir un divisor de potencia de RF
Error n.º 1: Elegir el divisor basándose únicamente en el número de puertos
Un mayor número de salidas no implica un mejor rendimiento.
Un divisor de 8 vías introduce una pérdida teórica por división de aproximadamente 9 dB. Por lo tanto, no debe utilizarse cuando solo se necesiten dos ramales de RF.
Error n.º 2: confundir la pérdida por división con la pérdida por inserción
Un divisor de 4 vías tiene una pérdida de división teórica de aproximadamente 6 dB, pero la pérdida de inserción real será mayor.
Por lo tanto, consulta siempre la ficha técnica.
Error n.º 3: Ignorar el rango de frecuencias
Es posible que un divisor de potencia diseñado para una banda de frecuencias estrecha no funcione correctamente en un sistema celular de banda ancha.
Por lo tanto, comprueba todo el rango de frecuencias.
Error n.º 4: Pasar por alto el PIM
En aplicaciones de telefonía móvil y DAS, un rendimiento deficiente en cuanto a PIM puede provocar problemas de interferencias, incluso cuando la pérdida de inserción parece aceptable.
Por lo tanto, siempre que sea necesario, se debe optar por componentes con bajo nivel de PIM.
Error n.º 5: Ignorar la potencia admisible
El divisor debe soportar la potencia de RF real aplicada a su entrada.
De lo contrario, una potencia de RF excesiva puede provocar estrés térmico o el fallo de los componentes.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre un divisor de potencia de 2 vías y uno de 4 vías?
Un divisor de potencia de dos vías divide una señal de entrada en dos salidas, con una pérdida teórica de división de aproximadamente 3,01 dB. Un divisor de cuatro vías proporciona cuatro salidas y tiene una pérdida teórica de división de aproximadamente 6,02 dB.
¿Cuál es la pérdida teórica de un divisor de potencia de 8 vías?
Un divisor de potencia ideal de 8 vías tiene aproximadamente 9,03 dB de pérdida teórica por división. La pérdida de inserción real será mayor debido a las pérdidas que se producen en el interior del divisor.
¿Es mejor un divisor de potencia de 4 vías que uno de 2 vías?
No necesariamente. Un divisor de 4 vías es adecuado cuando se necesitan cuatro ramales de salida. Si solo se necesitan dos ramales, un divisor de 2 vías suele ofrecer una menor pérdida teórica de división.
¿Cuánta potencia recibe cada salida de un divisor de 8 vías?
Lo ideal es que cada salida reciba una octava parte de la potencia de entrada. Por ejemplo, una entrada de 80 W proporcionaría aproximadamente 10 W por salida, sin tener en cuenta la pérdida de inserción adicional.
¿Cuál es la diferencia entre un divisor de potencia y un separador de potencia?
En muchas aplicaciones de radiofrecuencia, ambos términos se utilizan indistintamente. Sin embargo, el término “divisor de potencia” se emplea habitualmente para referirse a un componente que distribuye una entrada de radiofrecuencia en varias salidas, mientras que “separador de potencia” se utiliza a menudo como término general para referirse a la división de la señal.
¿Qué divisor de potencia es el más adecuado para un DAS?
El divisor adecuado depende del número de ramales de antena, la frecuencia de funcionamiento, el nivel de potencia, los requisitos de PIM, el trazado del cableado y el presupuesto de enlace de RF.
En el caso de las redes DAS pequeñas, puede bastar con un divisor de 2 vías. Los sistemas medianos pueden utilizar divisores de 4 vías, mientras que los sistemas más grandes pueden requerir configuraciones con divisores de 8 vías o en cascada.
¿Qué es un divisor de potencia de bajo PIM?
Se ha diseñado y fabricado un divisor de potencia con bajo nivel de PIM para minimizar la intermodulación pasiva generada por el componente cuando está sometido a una potencia de RF elevada.
Se utiliza habitualmente en redes móviles, sistemas DAS, sistemas de seguridad pública y otras infraestructuras de radiofrecuencia en las que la sensibilidad del receptor es importante.
Conclusión
La diferencia entre Divisores de potencia de 2, 4 y 8 vías es, principalmente, el número de puertos de salida y la distribución teórica de potencia resultante.
Un divisor de dos vías tiene aproximadamente 3,01 dB pérdida teórica por división. Un divisor de 4 vías tiene aproximadamente 6,02 dB, mientras que un divisor de 8 vías tiene aproximadamente 9,03 dB.
Sin embargo, los divisores de potencia reales también provocan una pérdida de inserción adicional.
Por lo tanto, para elegir el divisor de potencia de RF adecuado no basta con contar los puertos de salida. Los ingenieros deben tener en cuenta rango de frecuencias, pérdida de inserción, potencia admisible, pérdida de retorno, aislamiento, rendimiento PIM, tipo de conector y el presupuesto total del enlace de RF.
En el caso de dos ramales de RF, un divisor de dos vías suele ser la opción más sencilla. Para cuatro ramales, un divisor de cuatro vías ofrece una solución de distribución directa. Por su parte, un divisor de ocho vías resulta útil cuando se necesitan ocho ramales y el sistema puede soportar una mayor pérdida por división.
En definitiva, el divisor de potencia adecuado es aquel que proporciona el número necesario de salidas de RF, al tiempo que mantiene una potencia de señal y un rendimiento de RF suficientes en todo el sistema.
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