Divisor de potencia de microcinta de Wilkinson frente a divisor de potencia de cavidad: ¿cuál deberías elegir para un sistema DAS 5G?

Ambos son divisores de corriente. Uno es del tamaño de la palma de la mano y cuesta unos cuantos dólares. El otro es un trozo de metal que cuesta diez veces más. ¿A dónde va a parar ese dinero? ¿Y merece la pena?

Si te dedicas al diseño de sistemas DAS, probablemente te hayas enfrentado a esta cuestión en algún momento.

Con la implantación del 5G, las frecuencias están aumentando, los niveles de potencia se están elevando y los requisitos de PIM son cada vez más estrictos. Los antiguos divisores de microcinta, que funcionaban bien para la cobertura en interiores, empiezan a fallar cuando se instalan en emplazamientos de gran tamaño o en configuraciones de alta potencia. Por otro lado, los divisores de cavidad funcionan muy bien, pero son voluminosos y caros; utilizarlos en un proyecto pequeño resulta excesivo.

Este artículo se salta las explicaciones teóricas típicas de los libros de texto y te explica las diferencias técnicas reales entre estos dos tipos de divisores.

La topología de Wilkinson: una introducción rápida

Dejemos una cosa clara.

A Divisor de potencia Wilkinson es una topología de circuito concreta: utiliza dos líneas de transmisión de cuarto de onda y uno resistencia de aislamiento para repartir la potencia a partes iguales. En un sistema de 50 Ω, las líneas de cuarto de onda tienen una impedancia característica de 70,7 Ω, y una resistencia de 100 Ω conecta en puente los dos puertos de salida. Esa resistencia es clave: cuando las cargas de las dos salidas están desequilibradas, la potencia reflejada se disipa en la resistencia en lugar de rebotar de un puerto a otro.

A divisor Wilkinson de microcinta implementa esta topología en una placa de circuito impreso: las líneas de microcinta se graban en un sustrato dieléctrico y la resistencia de aislamiento se suelda. A divisor de cavidades, por el contrario, utiliza una estructura coaxial dentro de una carcasa metálica mecanizada: sin placa de circuito impreso, sin pérdidas dieléctricas y sin resistencia de aislamiento.

Principios distintos, resultados muy diferentes.

Pérdida de inserción: los divisores de cavidad ganan por un amplio margen

Divisores Wilkinson de microcinta Tienen tres fuentes de pérdida: la pérdida teórica por división (3 dB para un sistema de 2 vías, 4,8 dB para uno de 3 vías y 6 dB para uno de 4 vías), la pérdida dieléctrica del sustrato de la placa de circuito impreso (tan δ) y la pérdida en los conductores de las trazas de microcinta. La pérdida adicional por encima del valor teórico suele ser de 0,3 a 0,5 dB. Por sí sola, esta cifra puede parecer insignificante, pero en un DAS los divisores se conectan en cascada: un divisor de 4 vías que alimenta a tres divisores de 2 vías hace que la pérdida se acumule rápidamente. Para cuando la señal llega a la antena, ya se ha perdido una gran parte de ella.

Divisores de cavidades utiliza aire como dieléctrico, por lo que no hay pérdidas dieléctricas. Los conductores están chapados en plata para garantizar una excelente conductividad. Las pérdidas excesivas suelen ser <0,1 dB. La serie de divisores de cavidad de 790-2700 MHz de MS TELERF, por ejemplo, tiene una pérdida total (incluidos los 3 dB teóricos) de tan solo 3,1-3,3 dB En el caso de los modelos de dos vías, esto significa que la pérdida adicional es de tan solo 0,1-0,3 dB.

En cifras: para el mismo divisor de dos vías, la versión con cavidad ofrece Entre 0,2 y 0,4 dB más de potencia de salida que la versión de microcinta. En un sistema DAS 5G con un presupuesto de enlace ajustado, esos 0,3 dB pueden marcar la diferencia entre una “buena señal” y “llamadas perdidas en la periferia”.”

Potencia admisible: 100 W frente a más de 200 W

Divisores Wilkinson de microcinta están limitados por la resistencia de aislamiento y por las propias pistas de microcinta. Si se aumenta la potencia, la resistencia se calienta, las pistas se calientan, aumentan las pérdidas dieléctricas y el rendimiento se ve afectado. Por lo general, funcionan bien hasta 100W; más allá de eso, la cosa se complica. El divisor de 4 vías de microcinta de 2000-8000 MHz de MS TELERF tiene una potencia nominal de 30W – Está pensado para su uso en laboratorio y en entornos interiores de baja potencia.

Divisores de cavidades tienen una estructura totalmente metálica sin resistencias que se calienten. La potencia admisible típica comienza en 200 W y pueden alcanzar los 500 W o más. Los divisores de cavidad de 790-2700 MHz de MS TELERF admiten Potencia media de 200 W, y la serie de cavidades de 600-6000 MHz admite 200-300 W en onda continua (CW).

Las RRU macro suelen emitir entre decenas y cientos de vatios, y cuando se combinan varias portadoras, la potencia total es aún mayor: los divisores de cavidad pueden soportarla; los divisores de microcinta se quemarían.

Aislamiento de puertos: la banda microestraza se lleva el gato al agua

Este es uno de los pocos ámbitos en los que los divisores de microcinta salen ganando.

Divisores Wilkinson de microcinta cuenta con esa resistencia de aislamiento, que proporciona ≥20dB de aislamiento entre los puertos de salida. Si se produce un cortocircuito en una de las salidas o la relación VSWR de la antena empeora, la mayor parte de la potencia reflejada es absorbida por la resistencia y no se filtra hacia la otra salida. Esto supone una ventaja real en los sistemas con varias antenas: una antena defectuosa no afecta al funcionamiento de todo el sistema.

Divisores de cavidades No cuentan con una resistencia de aislamiento. Si una salida está abierta o en cortocircuito, la potencia reflejada vuelve directamente a la entrada. Esto significa que los divisores de cavidad requieren una mejor relación VSWR en el lado de salida; si tus antenas y cables de alimentación no están a la altura, un divisor de cavidad puede, de hecho, causar más problemas que uno de microcinta.

Pero aquí está el problema: incluso sin una resistencia, los divisores de cavidad pueden alcanzar ≥25-30 dB aislamiento. Ese aislamiento se debe a la distribución del campo electromagnético en el interior de la cavidad, no a la disipación resistiva. Por lo tanto, el aislamiento de un divisor de cavidad no es, en realidad, peor; simplemente, el mecanismo es diferente.

VSWR: Los divisores de cavidad son mejores

La relación VSWR indica en qué medida se adapta la impedancia de entrada.

Divisores Wilkinson de microcinta suelen tener una relación de onda estacionaria (VSWR) de 1,3‑1,4. A frecuencias más altas, las pérdidas por radiación y los efectos parásitos en las líneas de microcinta se agravan, y la relación de onda estacionaria (VSWR) se deteriora a su vez.

Divisores de cavidades puede lograr ≤1.25 VSWR. El divisor de cavidad de 300-4000 MHz de MS TELERF mantiene un valor ≤1,30 en todo el rango de 380-4000 MHz. En el caso de los amplificadores de potencia y los transmisores, un VSWR más bajo se traduce en menos potencia reflejada, menos calor y una mayor vida útil del equipo.

Rendimiento del PIM: los divisores de cavidades tienen una ventaja natural

El PIM cobra cada vez más importancia en los sistemas 5G. Como se ha señalado anteriormente, el uso de componentes con bajo nivel de PIM constituye la mejor práctica del sector para las aplicaciones de telefonía móvil.

Divisores Wilkinson de microcinta Existen múltiples fuentes de PIM: no linealidades en el sustrato de la placa de circuito impreso, oxidación en las uniones de soldadura y efectos parásitos de la resistencia de aislamiento. Estas no linealidades se agravan a frecuencias más altas.

Divisores de cavidades están fabricados con materiales no magnéticos y un recubrimiento de precisión. Sin placas de circuito impreso, sin resistencias, sin uniones soldadas: menos fuentes de interferencias de señal de entrada (PIM) desde el principio. Los divisores de cavidad de 600-2700 MHz de MS TELERF alcanzan ≤‑153 dBc (@2×43 dBm), y algunos modelos llegan hasta los -160 dBc o incluso mejor.

En el caso de las redes 5G que utilizan modulación 256-QAM o incluso 1024-QAM, un bajo nivel de PIM es un requisito imprescindible para mantener la relación señal-ruido y alcanzar esas elevadas velocidades de transmisión de datos.

De un vistazo: ¿Cuál se adapta mejor a tu proyecto?

Elige el método Wilkinson de microcinta cuando:

• Estás trabajando en aplicaciones de cobertura en interiores o de baja potencia, por debajo de los 100 W.
• El espacio es reducido y no cabe un divisor de cavidades voluminoso
• El presupuesto es motivo de preocupación
• Necesitas protección de aislamiento de puerto a puerto (para que una salida defectuosa no afecte a las demás)

Elige la cavidad cuando:

• Estás instalando emplazamientos de macroantenas o sistemas exteriores de alta potencia de más de 100 W
• Cada 0,1 dB de pérdida cuenta, y tu presupuesto de enlace es ajustado
• La instalación en exteriores requiere una protección contra la intemperie de grado IP65 y una gran durabilidad a largo plazo
• Tienes unos requisitos estrictos en materia de PIM para soportar la modulación de orden superior
• Quieres algo que funcione durante años sin necesidad de mantenimiento

Una regla general muy sencilla: Fíjate en lo que hay junto al divisor. Si se trata de una BBU situada en una sala de equipos, probablemente bastará con una antena de microcinta. Si se trata de una RRU instalada en una torre, opta por una antena de cavidad.

MS TELERF ofrece ambos tipos. La línea de Wilkinson de microcinta abarca 500-8000 MHz – ideal para sistemas DAS en interiores, Wi-Fi 6E/7 y entornos de laboratorio. La gama de divisores de cavidad abarca 300-6000 MHz – Diseñado para emplazamientos macro, instalaciones al aire libre y sistemas DAS de alta potencia. ¿Cuál elegir? Déjate guiar por los niveles de potencia y el entorno de instalación.

Si tienes alguna duda sobre la elección de un divisor o necesitas especificaciones detalladas e informes de pruebas, no dudes en ponerte en contacto con el equipo técnico de MS TELERF.