Diviseur de puissance à 2, 4 et 8 voies : différences, perte d'insertion et applications

Diviseur de puissance à 2, 4 et 8 voies : différences, perte d'insertion et applications

Un diviseur de puissance à 2 voies divise un signal RF en deux sorties, tandis que les diviseurs à 4 et 8 voies répartissent un signal d'entrée vers quatre ou huit sorties. Les principales différences concernent le nombre de sorties, la perte théorique de division, la perte d'insertion, l'isolation, la puissance admissible et les exigences d'application.

Les diviseurs de puissance sont largement utilisés dans les domaines de la radiofréquence (RF), des communications sans fil, des systèmes DAS, des réseaux cellulaires, des systèmes de sécurité publique, des équipements de test et des systèmes d'antennes distribuées. Cependant, le choix entre un diviseur de puissance à 2, 4 ou 8 voies ne se résume pas simplement à sélectionner le nombre de ports de sortie.

À mesure que le nombre de sorties augmente, la puissance théorique disponible sur chaque sortie diminue. Les ingénieurs doivent donc tenir compte de la puissance d'entrée disponible, de la puissance de sortie requise, des pertes dans les câbles, du nombre d'antennes, de la fréquence de fonctionnement et du budget global de la liaison RF avant de choisir un diviseur.

Qu'est-ce qu'un diviseur de puissance RF ?

Une RF diviseur de puissance est un composant RF passif qui répartit un signal d'entrée entre plusieurs ports de sortie.

Pour un diviseur de puissance idéal :

• Un diviseur à deux voies fournit deux sorties égales.
• Un diviseur à 4 voies fournit quatre sorties égales.
• Un répartiteur à 8 sorties fournit huit sorties égales.

Par exemple, si une puissance RF de 10 W entre dans un diviseur idéal à deux voies, chaque sortie reçoit environ 5 W, sans tenir compte de la perte d'insertion.

Avec un répartiteur à 4 sorties, la puissance de sortie idéale est d'environ 2,5 W par port.

Avec un diviseur à 8 voies, chaque sortie reçoit environ 1,25 W.

Par conséquent, l'augmentation du nombre de ports de sortie réduit la puissance théorique disponible au niveau de chaque sortie.

Un circuit de distribution RF simplifié peut être représenté comme suit :

Source RF → Diviseur de puissance → Câble coaxial → Antennes

Dans un système DAS ou de couverture cellulaire, le diviseur de puissance est souvent utilisé pour répartir un signal RF entre plusieurs antennes.

Diviseur de puissance à 2 voies, à 4 voies et à 8 voies

La différence la plus importante réside dans la répartition théorique de la puissance.

Pour un diviseur de puissance à répartition égale, la perte de répartition théorique peut être calculée comme suit :

Perte de division = 10 × log₁₀(N)

où N correspond au nombre de ports de sortie.

Cela donne environ :

Ces valeurs ne correspondent qu'à la perte de division théorique. Dans un diviseur de puissance RF réel, des pertes d'insertion supplémentaires sont dues à la conception interne, aux conducteurs, aux connecteurs, aux matériaux diélectriques et à d'autres facteurs.

Par conséquent, la perte d'insertion réelle sera généralement supérieure à la perte de dérivation théorique.

Diviseur de puissance à 2 voies

A diviseur de puissance à 2 voies divise un signal d'entrée RF en deux signaux de sortie.

Dans une configuration idéale à répartition égale, chaque sortie reçoit la moitié de la puissance d'entrée.

Par exemple :

Puissance d'entrée : 20 W

Puissance de sortie 1 : 10 W

Puissance de sortie 2 : 10 W

Cet exemple ne tient pas compte de la perte d'insertion supplémentaire du diviseur.

La perte théorique de division n'étant que d'environ 3 dB, un diviseur à deux voies offre généralement la perte de division la plus faible parmi les trois configurations.

Applications typiques

Les diviseurs de puissance à deux voies sont couramment utilisés dans :

• Systèmes à deux antennes
• Petites installations DAS
• Répéteurs de téléphonie mobile
• Équipements de test RF
• Sous-systèmes de station de base
• Systèmes à diversité d'antennes
• Réseaux de distribution de signaux

Un diviseur à deux voies est souvent la meilleure option lorsqu’on n’a besoin que de deux branches RF.

Cependant, l'utilisation de plusieurs diviseurs à deux voies pour créer davantage de ports de sortie peut augmenter le nombre de composants et entraîner des pertes supplémentaires.

Diviseur de puissance à 4 voies

A Diviseur de puissance à 4 voies répartit une entrée RF entre quatre ports de sortie.

Dans une configuration idéale à répartition égale, chaque sortie reçoit un quart de la puissance d'entrée.

Par exemple :

Puissance d'entrée : 40 W

Puissance de sortie par port : 10 W

Encore une fois, cela ne tient pas compte de la perte d'insertion supplémentaire.

La perte théorique liée à la division est d'environ 6,02 dB.

Par rapport à un diviseur à 2 voies, le modèle à 4 voies offre deux fois plus de sorties, mais entraîne une perte théorique de division supérieure d'environ 3 dB.

Applications typiques

Les diviseurs de puissance à 4 voies sont couramment utilisés dans :

• Systèmes d'antennes distribuées
• Couverture sans fil à l'intérieur
• Réseaux mobiles
• Systèmes de communication pour la sécurité publique
• Systèmes à antennes multiples
• Distribution du signal RF
• Infrastructure sans fil

Pour les réseaux d'antennes de taille moyenne, un répartiteur à 4 voies offre souvent un bon compromis entre le nombre de sorties et les pertes RF.

Diviseur de puissance à 8 voies

Un Diviseur de puissance à 8 voies répartit une entrée RF sur huit ports de sortie.

Dans une configuration idéale à répartition égale, chaque sortie reçoit un huitième de la puissance d'entrée.

Par exemple :

Puissance absorbée : 80 W

Puissance de sortie par port : 10 W

Cet exemple ne tient pas compte de la perte d'insertion supplémentaire.

La perte théorique liée à la division est d'environ 9,03 dB.

Par conséquent, un diviseur à 8 voies nécessite une puissance d'entrée supérieure à celle d'un diviseur à 2 voies lorsque le système doit fournir la même puissance de sortie sur chaque branche.

Applications typiques

Les diviseurs de puissance à 8 voies sont souvent utilisés dans les grands systèmes de distribution RF, notamment :

• Grandes installations DAS
• Systèmes cellulaires à antennes multiples
• Système DAS de sécurité publique
• Infrastructure sans fil
• Réseaux de distribution RF
• Systèmes d'essais en laboratoire
• Systèmes d'antennes multicanaux

Un diviseur à 8 voies permet de réduire le nombre d'étages de division distincts dans un système de grande envergure. Toutefois, les ingénieurs doivent tenir compte de la perte de répartition plus importante dans le budget de liaison RF.

2 voies, 4 voies ou 8 voies : calcul de la puissance

La puissance de sortie théorique d'un diviseur de puissance égal peut être estimée à partir de :

Pout = Pin / N

où :

• Moue = puissance idéale à chaque sortie
• Épingler = puissance d'entrée
• N = nombre de ports de sortie

Prenons par exemple une entrée RF de 16 W.

Séparateur à deux voies

16 W ÷ 2 = 8 W par sortie

Séparateur à 4 compartiments

16 W ÷ 4 = 4 W par sortie

Séparateur à 8 compartiments

16 W ÷ 8 = 2 W par sortie

La puissance de sortie réelle sera inférieure en raison de la perte d'insertion.

Par conséquent, les calculs de puissance pour les systèmes RF réels doivent tenir compte à la fois de la perte de division théorique et de la perte d'insertion spécifiée par le fabricant.

Quelle est la différence entre la perte de dérivation et la perte d'insertion ?

Ces deux termes sont souvent confondus.

Perte fractionnée

La perte de répartition correspond à la perte théorique résultant de la répartition de la puissance d'entrée entre plusieurs sorties.

Par exemple :

• 2 voies : environ 3 dB
• 4 voies : environ 6 dB
• 8 voies : environ 9 dB

Cette perte est inhérente à la distribution d'électricité.

Perte d'insertion

La perte d'insertion comprend la perte supplémentaire introduite par le diviseur de puissance physique.

Par exemple, si une cloison à deux volets comporte :

Perte théorique au niveau de la dérivation = 3,01 dB

et

Perte d'insertion supplémentaire = 0,4 dB

la perte totale pour chaque sortie est d'environ :

3,41 dB

Par conséquent, lorsqu'ils comparent des diviseurs de puissance, les ingénieurs ne doivent pas se limiter à examiner le nombre de ports de sortie.

Vérifiez plutôt les spécifications réelles du fabricant concernant la perte d'insertion sur l'ensemble de la plage de fréquences de fonctionnement.

Pourquoi un plus grand nombre de ports de sortie entraîne-t-il davantage de pertes ?

Un diviseur de puissance répartit la puissance RF disponible entre ses sorties.

Pour un diviseur à répartition égale idéal :

• Les 2 sorties reçoivent chacune la moitié.
• Les 4 sorties reçoivent chacune 1/4.
• Les 8 sorties reçoivent chacune 1/8.

Par conséquent, chaque doublement du nombre de résultats ajoute environ 3 dB de perte théorique due à la division.

La relation est la suivante :

2 voies → 3 dB

4 voies → 6 dB

8 voies → 9 dB

Cette relation est importante lors de la conception de réseaux de distribution RF.

Par exemple, un répartiteur à 8 voies peut s'avérer pratique, car il permet d'obtenir huit sorties à partir d'une seule entrée. Cependant, le système doit disposer d'une puissance d'entrée suffisante pour compenser la perte théorique de répartition d'environ 9 dB, ainsi que les pertes liées aux câbles, aux connecteurs, à l'antenne et aux autres éléments du système.

Diviseur de puissance à 2 voies, à 4 voies et à 8 voies pour DAS

Les systèmes d'antennes distribuées constituent l'une des applications les plus courantes des diviseurs de puissance RF.

Une architecture DAS typique peut se présenter comme suit :

Source du signal → Diviseur principal → Diviseur de dérivation → Antennes

Le nombre d'antennes détermine la structure de distribution nécessaire.

Petit système DAS

Pour une petite installation comprenant deux antennes, un répartiteur à deux voies peut suffire.

Par exemple :

Source RF → Répartiteur à 2 voies → Antenne 1 + Antenne 2

Cette structure est simple et permet de réduire au minimum les fractionnements inutiles.

DAS moyen

Pour quatre branches d'antenne, un répartiteur à 4 voies peut offrir un chemin de distribution direct :

Source RF → Répartiteur à 4 voies → 4 antennes

Cela permet de réduire le nombre de composants montés en cascade.

DAS plus grand

Pour huit branches d'antenne, un répartiteur à 8 sorties permet de distribuer directement le signal :

Source RF → Répartiteur à 8 sorties → 8 antennes

Il convient toutefois d'examiner attentivement cette perte de répartition plus importante.

Dans les installations DAS de plus grande envergure, les ingénieurs peuvent plutôt recourir à une combinaison de composants à 2, 3, 4, 6 et 8 voies afin d'obtenir la couverture et l'équilibre de puissance requis.

Diviseurs de puissance en cascade ou diviseur multivoies unique

Il existe deux méthodes courantes pour répartir un signal RF vers plusieurs antennes.

Option 1 : un séparateur à 8 compartiments

Entrée → Répartiteur à 8 voies → 8 sorties

Perte théorique liée à la division :

9,03 dB

Option 2 : Séparateurs bidirectionnels en cascade

Entrée → 2 voies → 2 voies → 2 voies

Cela permet également de créer huit branches.

Dans l'idéal, la perte théorique totale liée à la division s'élève toujours à environ :

3,01 + 3,01 + 3,01 = 9,03 dB

Cependant, chaque séparateur physique et chaque connexion entraînent des pertes supplémentaires.

Par conséquent, la perte réelle du système dépend des caractéristiques techniques réelles des composants et du tracé des câbles.

Un diviseur dédié à 8 voies peut simplifier l'installation, tandis qu'une architecture en cascade peut offrir une plus grande flexibilité dans les réseaux RF complexes.

Le choix de la meilleure option dépend de la topologie requise, de la configuration physique, du budget énergétique et des besoins en matière de maintenance.

Comment choisir le diviseur de puissance adapté

Le nombre de sorties n'est qu'un critère de sélection parmi d'autres.

Les ingénieurs doivent évaluer au moins les paramètres suivants.

1. Gamme de fréquences

Le diviseur doit couvrir les fréquences de fonctionnement requises.

Par exemple, un système cellulaire ou DAS peut nécessiter une couverture haut débit sur plusieurs bandes.

Par conséquent, vérifiez :

• Fréquence minimale
• Fréquence maximale
• Perte d'insertion sur toute la bande
• Perte de retour sur l'ensemble de la bande
• Isolation sur toute la bande

Un diviseur offrant d'excellentes performances à une fréquence donnée n'est pas nécessairement adapté à un système à large bande.

2. Nombre de sorties

Sélectionnez la configuration de sortie en fonction des branches RF réelles.

Utilisez un :

Séparateur à deux compartiments pour deux succursales.

Utilisez un :

Séparateur à 4 compartiments pour quatre succursales.

Utilisez un :

Séparateur à 8 compartiments pour huit succursales.

Cependant, évitez de choisir un répartiteur à 8 sorties simplement parce qu'il offre davantage de ports.

Si seules deux sorties sont nécessaires, un diviseur à 2 voies permet généralement d'éviter toute perte due à une division inutile.

3. Perte d'insertion

La perte d'insertion a une incidence directe sur la puissance fournie aux équipements en aval.

Par conséquent, comparez la perte d'insertion spécifiée aux fréquences utilisées par le système.

Dans les applications DAS, même de faibles pertes peuvent prendre de l'importance lorsque plusieurs composants passifs sont montés en cascade.

4. Puissance admissible

La puissance admissible indique la puissance RF maximale que le diviseur peut supporter en toute sécurité.

La classification requise dépend :

• Puissance de sortie de l'émetteur
• Nombre de transporteurs
• PAPR
• Cycle de service
• Fréquence
• Configuration du système

Dans le cas des systèmes cellulaires à porteuses multiples, la puissance d'émission moyenne à elle seule peut ne pas fournir suffisamment d'informations.

Il convient donc de vérifier la puissance nominale en fonction des conditions réelles de fonctionnement RF.

5. Isolement

L'isolation désigne le degré de séparation entre les ports de sortie.

Un niveau d'isolation plus élevé peut réduire les interactions indésirables entre les branches.

Cela s'avère particulièrement utile dans les systèmes à antennes multiples et les systèmes DAS, où les différentes branches peuvent être soumises à des charges différentes.

6. Perte de retour et rapport d'ondes stationnaires (ROS)

La perte de retour et le rapport d'ondes stationnaires (ROS) indiquent dans quelle mesure les ports RF sont adaptés les uns aux autres.

Une bonne adaptation d'impédance réduit la puissance réfléchie.

Les systèmes RF classiques utilisent :

Impédance de 50 Ω

Par conséquent, assurez-vous que le répartiteur, les câbles, les antennes et les autres composants présentent une impédance compatible.

Diviseur de puissance à faible PIM pour DAS

Intermodulation passive, ou MIP, constitue un facteur important à prendre en compte dans les réseaux cellulaires et les réseaux DAS.

Le phénomène PIM se produit lorsque deux signaux RF ou plus interagissent au niveau d'une jonction passive non linéaire et génèrent des fréquences indésirables.

Ces signaux indésirables peuvent causer des interférences sur les bandes de fréquences des récepteurs sensibles.

Les diviseurs de puissance, les connecteurs, les câbles, les antennes et autres composants RF passifs peuvent tous contribuer à l'apparition de PIM.

Par conséquent, les applications DAS nécessitent souvent diviseurs de puissance à faible PIM.

Parmi les caractéristiques techniques importantes, on peut citer :

• Niveau PIM
• Perte d'insertion
• Perte de retour
• L'isolement
• Puissance admissible
• Gamme de fréquences
• Type de connecteur

Par exemple, une spécification telle que :

PIM ≤ -153 dBc

est couramment utilisé pour décrire des performances à faible PIM dans des conditions de test définies.

Toutefois, les valeurs PIM doivent toujours être évaluées en tenant compte de la puissance d'essai, de la fréquence, de la configuration des connecteurs et de la méthode de mesure.

2 voies, 4 voies ou 8 voies : laquelle choisir ?

Ce choix peut être simplifié comme suit.

Optez pour un diviseur de puissance à deux voies dans les cas suivants :

• Il vous faut deux sorties RF.
• Il est important que les pertes liées à la répartition soient faibles.
• Le système comporte un petit nombre d'antennes.
• Vous souhaitez une structure de distribution RF simple.

Optez pour un diviseur de puissance à 4 voies dans les cas suivants :

• Quatre branches RF sont nécessaires.
• Un réseau d'antennes de taille moyenne est en cours de conception.
• Vous souhaitez réduire le nombre de composants en cascade.
• La puissance d'entrée disponible permet de compenser une perte théorique de répartition d'environ 6 dB.

Optez pour un diviseur de puissance à 8 voies dans les cas suivants :

• Huit succursales RF sont nécessaires.
• Le système nécessite un plus grand nombre de sorties d'antenne.
• La source RF dispose d'une puissance suffisante.
• Une perte de séparation théorique d'environ 9 dB peut être tolérée.

Par conséquent, le meilleur répartiteur n'est pas nécessairement celui qui dispose du plus grand nombre de sorties. Il convient plutôt de choisir la configuration qui permet d'atteindre le nombre d'antennes requis tout en conservant un budget de liaison RF acceptable.

Répartiteurs de puissance à 2, 4 et 8 voies : tableau de sélection

Erreurs courantes lors du choix d'un diviseur de puissance RF

Erreur n° 1 : choisir un répartiteur uniquement en fonction du nombre de ports

Un nombre plus élevé de sorties ne signifie pas forcément de meilleures performances.

Un diviseur à 8 voies entraîne une perte théorique de répartition d'environ 9 dB. Il ne doit donc pas être utilisé lorsque seules deux branches RF sont nécessaires.

Erreur n° 2 : confondre la perte par division avec la perte par insertion

Un diviseur à 4 voies présente une perte de division théorique d'environ 6 dB, mais la perte d'insertion réelle sera supérieure.

Par conséquent, consultez toujours la fiche technique.

Erreur n° 3 : ne pas tenir compte de la gamme de fréquences

Un diviseur de puissance conçu pour une bande de fréquences étroite peut ne pas fonctionner correctement dans un réseau cellulaire à large bande.

Par conséquent, vérifiez l'ensemble de la gamme de fréquences.

Erreur n° 4 : négliger le PIM

Dans le cadre d'applications cellulaires et DAS, de mauvaises performances en matière d'interférences PIM peuvent entraîner des problèmes d'interférences, même lorsque la perte d'insertion semble acceptable.

Il convient donc d'envisager l'utilisation de composants à faible PIM lorsque cela s'avère nécessaire.

Erreur n° 5 : ne pas tenir compte de la puissance admissible

Le diviseur doit supporter la puissance RF réelle appliquée à son entrée.

Dans le cas contraire, une puissance RF excessive peut entraîner une contrainte thermique ou la défaillance d'un composant.

Questions fréquemment posées

Quelle est la différence entre un diviseur de puissance à 2 voies et un diviseur de puissance à 4 voies ?

Un diviseur de puissance à deux voies divise un signal d'entrée en deux signaux de sortie, avec une perte théorique de division d'environ 3,01 dB. Un diviseur à quatre voies fournit quatre signaux de sortie et présente une perte théorique de division d'environ 6,02 dB.

Quelle est la perte théorique d'un diviseur de puissance à 8 voies ?

Un diviseur de puissance idéal à 8 voies a environ 9,03 dB de perte théorique de division. La perte d'insertion réelle sera plus élevée en raison des pertes à l'intérieur du diviseur.

Un diviseur de puissance à 4 voies est-il plus performant qu'un diviseur à 2 voies ?

Pas nécessairement. Un diviseur à 4 voies est adapté lorsqu'il faut quatre branches de sortie. Si seules deux branches sont nécessaires, un diviseur à 2 voies présente généralement une perte de division théorique moindre.

Quelle est la puissance fournie à chacune des sorties d'un diviseur à 8 voies ?

Dans l'idéal, chaque sortie reçoit un huitième de la puissance d'entrée. Par exemple, une puissance d'entrée de 80 W fournirait environ 10 W par sortie, avant de prendre en compte les pertes d'insertion supplémentaires.

Quelle est la différence entre un diviseur de puissance et un répartiteur de puissance ?

Dans de nombreuses applications RF, ces termes sont utilisés de manière interchangeable. Cependant, l’expression “ diviseur de puissance ” est généralement employée pour désigner un composant qui répartit un signal d’entrée RF vers plusieurs sorties, tandis que le terme “ séparateur de puissance ” est souvent utilisé comme terme générique pour désigner la division d’un signal.

Quel diviseur de puissance est le mieux adapté au DAS ?

Le choix du diviseur approprié dépend du nombre de branches d'antenne, de la fréquence de fonctionnement, du niveau de puissance, des exigences en matière d'interférences intermodulaires (PIM), du tracé des câbles et du budget de liaison RF.

Pour les petits réseaux DAS, un diviseur à 2 voies peut suffire. Les systèmes de taille moyenne peuvent utiliser des diviseurs à 4 voies, tandis que les systèmes plus importants peuvent nécessiter des configurations à 8 voies ou des diviseurs montés en cascade.

Qu'est-ce qu'un diviseur de puissance à faible PIM ?

Un diviseur de puissance à faible PIM est conçu et fabriqué pour réduire au minimum l'intermodulation passive générée par le composant lorsqu'il est soumis à une puissance RF élevée.

Il est couramment utilisé dans les réseaux cellulaires, les systèmes DAS, les systèmes de sécurité publique et d'autres infrastructures RF où la sensibilité du récepteur est essentielle.

Conclusion

La différence entre Diviseurs de puissance à 2, 4 et 8 voies Il s'agit avant tout du nombre de ports de sortie et de la répartition théorique de la puissance qui en résulte.

Une cloison à deux compartiments comporte environ 3,01 dB perte théorique due à la division. Un diviseur à 4 voies présente environ 6,02 dB, tandis qu'un séparateur à 8 voies comporte environ 9,03 dB.

Cependant, les diviseurs de puissance réels entraînent également une perte d'insertion supplémentaire.

Par conséquent, pour choisir le diviseur de puissance RF approprié, il ne suffit pas de compter le nombre de ports de sortie. Les ingénieurs doivent tenir compte plage de fréquences, perte d’insertion, puissance admissible, perte de retour, isolation, performances PIM, type de connecteur et budget total de la liaison RF.

Pour deux dérivations RF, un diviseur à 2 voies constitue généralement la solution la plus simple. Pour quatre dérivations, un diviseur à 4 voies offre une solution de distribution directe. Par ailleurs, un diviseur à 8 voies s’avère utile lorsque huit dérivations sont nécessaires et que le système peut supporter une perte de répartition plus importante.

En fin de compte, le diviseur de puissance approprié est celui qui fournit le nombre requis de sorties RF tout en garantissant une puissance de signal et des performances RF suffisantes sur l'ensemble du système.