Divisor de potência de 2 vias vs. 4 vias vs. 8 vias: diferenças, perda de inserção e aplicações

Divisor de potência de 2 vias vs. 4 vias vs. 8 vias: diferenças, perda de inserção e aplicações

Um divisor de potência de 2 vias divide um sinal de RF em duas saídas, enquanto os divisores de potência de 4 e 8 vias distribuem um sinal de entrada por quatro ou oito saídas. As principais diferenças residem no número de saídas, na perda teórica de divisão, na perda de inserção, no isolamento, na potência admissível e nos requisitos de aplicação.

Os divisores de potência são amplamente utilizados em RF, comunicações sem fios, DAS, redes móveis, sistemas de segurança pública, equipamento de teste e sistemas de antenas distribuídas. No entanto, a escolha entre um divisor de potência de 2, 4 ou 8 vias não se resume simplesmente a selecionar o número de portas de saída.

À medida que o número de saídas aumenta, a potência teórica disponível em cada saída diminui. Por conseguinte, os engenheiros têm de ter em conta a potência de entrada disponível, a potência de saída necessária, as perdas nos cabos, o número de antenas, a frequência de funcionamento e o orçamento global do ligamento de RF antes de selecionarem um divisor.

O que é um divisor de potência de RF?

Uma RF divisor de potência é um componente de RF passivo que distribui um sinal de entrada por várias portas de saída.

Para um divisor de potência ideal:

• Um divisor de 2 vias proporciona duas saídas iguais.
• Um divisor de 4 vias proporciona quatro saídas iguais.
• Um divisor de 8 vias proporciona oito saídas iguais.

Por exemplo, se 10 W de potência de RF entrarem num divisor ideal de duas vias, cada saída recebe aproximadamente 5 W, sem ter em conta a perda de inserção.

Com um divisor de 4 vias, a potência de saída ideal é de aproximadamente 2,5 W por porta.

Com um divisor de 8 vias, cada saída recebe aproximadamente 1,25 W.

Por conseguinte, o aumento do número de portas de saída reduz a potência teórica disponível em cada saída.

Um percurso de distribuição de RF simplificado pode ser representado da seguinte forma:

Fonte de RF → Divisor de potência → Cabo coaxial → Antenas

Num sistema DAS ou de cobertura celular, o divisor de potência é frequentemente utilizado para distribuir um sinal de RF por várias antenas.

Divisor de potência de 2 vias vs 4 vias vs 8 vias

A diferença mais importante é a repartição teórica da potência.

No caso de um divisor de potência equitativo, a perda de divisão teórica pode ser calculada da seguinte forma:

Perda por divisão = 10 × log₁₀(N)

onde N é o número de portas de saída.

Isto dá aproximadamente:

Estes valores representam apenas a perda teórica de divisão. Num divisor de potência de RF real, verificam-se perdas de inserção adicionais decorrentes do design interno, dos condutores, dos conectores, dos materiais dielétricos e de outras perdas.

Por conseguinte, a perda de inserção real será normalmente superior à perda de divisão teórica.

Divisor de potência de 2 vias

A Divisor de potência de 2 vias divide um sinal de entrada de RF em dois sinais de saída.

Num projeto ideal de divisão equitativa, cada saída recebe metade da potência de entrada.

Por exemplo:

Potência de entrada: 20 W

Potência de saída 1: 10 W

Potência de saída 2: 10 W

Este exemplo não tem em conta a perda de inserção adicional do divisor.

Uma vez que a perda teórica de divisão é de apenas cerca de 3 dB, um divisor de 2 vias proporciona, geralmente, a menor perda de divisão entre as três configurações.

Aplicações típicas

Os divisores de potência de 2 vias são frequentemente utilizados em:

• Sistemas de duas antenas
• Pequenas instalações DAS
• Repetidores de rede móvel
• Equipamento de teste de RF
• Subsistemas da estação base
• Sistemas de diversidade de antenas
• Redes de distribuição de sinal

Um divisor de duas vias é, muitas vezes, a melhor opção quando são necessárias apenas duas ramificações de RF.

No entanto, a utilização de vários divisores de duas vias para criar mais portas de saída pode aumentar o número de componentes e provocar perdas adicionais.

Divisor de potência de 4 vias

A Divisor de potência de 4 vias distribui uma entrada de RF por quatro portas de saída.

Numa configuração ideal de divisão igualitária, cada saída recebe um quarto da potência de entrada.

Por exemplo:

Potência de entrada: 40 W

Potência de saída por porta: 10 W

Mais uma vez, isto é antes da perda de inserção adicional.

A perda teórica por divisão é de aproximadamente 6,02 dB.

Em comparação com um divisor de 2 vias, o design de 4 vias proporciona o dobro de saídas, mas implica uma perda teórica de divisão aproximadamente 3 dB superior.

Aplicações típicas

Os divisores de potência de 4 vias são habitualmente utilizados em:

• Sistemas de antenas distribuídas
• Cobertura sem fios em ambientes interiores
• Redes móveis
• Sistemas de comunicação de segurança pública
• Sistemas multi-antena
• Distribuição do sinal de RF
• Infraestrutura sem fios

No caso de redes de antenas de média dimensão, um divisor de 4 vias proporciona frequentemente um equilíbrio prático entre o número de saídas e a perda de RF.

Divisor de potência de 8 vias

Um Divisor de potência de 8 vias distribui uma entrada de RF por oito portas de saída.

Numa configuração ideal de divisão igual, cada saída recebe um oitavo da potência de entrada.

Por exemplo:

Potência de entrada: 80 W

Potência de saída por porta: 10 W

Este exemplo não inclui a perda de inserção adicional.

A perda teórica por divisão é de aproximadamente 9,03 dB.

Por conseguinte, um divisor de 8 vias requer mais potência de entrada do que um divisor de 2 vias quando o sistema necessita da mesma potência de saída em cada ramificação.

Aplicações típicas

Os divisores de potência de 8 vias são frequentemente utilizados em sistemas de distribuição de RF de maior dimensão, incluindo:

• Grandes instalações DAS
• Sistemas celulares com múltiplas antenas
• Segurança pública DAS
• Infraestrutura sem fios
• Redes de distribuição de RF
• Sistemas de ensaio laboratorial
• Sistemas de antenas multicanal

Um divisor de 8 vias pode reduzir o número de estágios de divisão separados num sistema de grandes dimensões. No entanto, os engenheiros devem ter em conta a maior perda de divisão no orçamento do enlace de RF.

2 vias vs. 4 vias vs. 8 vias: Cálculo da potência

A potência de saída teórica de um divisor de potência igual pode ser estimada a partir de:

Pout = Pin / N

onde:

• Beicinho = potência ideal em cada saída
• Fixar = potência de entrada
• N = número de portas de saída

Por exemplo, considere uma entrada de RF de 16 W.

Divisória de 2 vias

16 W ÷ 2 = 8 W por saída

Divisória de 4 compartimentos

16 W ÷ 4 = 4 W por saída

Divisória de 8 compartimentos

16 W ÷ 8 = 2 W por saída

A potência de saída real será inferior devido à perda de inserção.

Por conseguinte, os cálculos de potência para sistemas de RF reais devem incluir tanto a perda de divisão teórica como a perda de inserção especificada pelo fabricante.

Qual é a diferença entre perda de divisão e perda de inserção?

Estes dois termos são frequentemente confundidos.

Perda dividida

A perda por divisão é a perda teórica causada pela divisão da potência de entrada entre várias saídas.

Por exemplo:

• 2 vias: aproximadamente 3 dB
• 4 vias: aproximadamente 6 dB
• 8 vias: aproximadamente 9 dB

Esta perda é inerente à distribuição de energia.

Perda de inserção

A perda de inserção inclui a perda adicional introduzida pelo divisor de potência físico.

Por exemplo, se um divisor de duas vias tiver:

Perda teórica na divisão = 3,01 dB

e

Perda de inserção adicional = 0,4 dB

a perda total em cada saída é de aproximadamente:

3,41 dB

Por conseguinte, ao comparar divisores de potência, os engenheiros não devem ter em conta apenas o número de portas de saída.

Em vez disso, verifique a especificação real de perda de inserção do fabricante em toda a gama de frequências de funcionamento.

Por que razão um maior número de portas de saída implica mais perdas?

Um divisor de potência distribui a potência de RF disponível pelas suas saídas.

Para um divisor ideal de divisão igual:

• As 2 saídas recebem 1/2 cada uma.
• As 4 saídas recebem 1/4 cada.
• As 8 saídas recebem 1/8 cada uma.

Consequentemente, cada duplicação do número de resultados acrescenta aproximadamente 3 dB de perda teórica de divisão.

A relação é a seguinte:

2 vias → 3 dB

4 vias → 6 dB

8 vias → 9 dB

Esta relação é importante na conceção de redes de distribuição de RF.

Por exemplo, um divisor de 8 vias pode ser prático, uma vez que proporciona oito saídas a partir de uma única entrada. No entanto, o sistema necessita de potência de entrada suficiente para compensar a perda teórica de divisão de aproximadamente 9 dB, além das perdas decorrentes do cabo, do conector, da antena e de outros componentes do sistema.

Divisor de potência de 2 vias, 4 vias e 8 vias para DAS

Os sistemas de antenas distribuídas constituem uma das aplicações mais comuns dos divisores de potência de RF.

Uma arquitetura DAS típica pode ter o seguinte aspeto:

Fonte de sinal → Divisor principal → Divisor de ramificação → Antenas

O número de antenas determina a estrutura de distribuição necessária.

Pequeno DAS

Para uma instalação de pequena dimensão com duas antenas, um divisor de 2 vias pode ser suficiente.

Por exemplo:

Fonte de RF → Divisor de 2 vias → Antena 1 + Antena 2

Esta estrutura é simples e reduz ao mínimo as divisões desnecessárias.

DAS médio

No caso de quatro ramos de antena, um divisor de 4 vias pode proporcionar um caminho de distribuição direto:

Fonte de RF → Divisor de 4 vias → 4 antenas

Isto pode reduzir o número de componentes em cascata.

DAS de maior dimensão

No caso de oito ramificações de antena, um divisor de 8 vias pode distribuir o sinal diretamente:

Fonte de RF → Divisor de 8 vias → 8 antenas

No entanto, a perda resultante de uma divisão mais elevada deve ser cuidadosamente ponderada.

Em instalações DAS de maior dimensão, os engenheiros podem, em vez disso, utilizar uma combinação de componentes de 2, 3, 4, 6 e 8 vias para alcançar a cobertura necessária e o equilíbrio de potência.

Divisores de potência em cascata vs. um divisor multivias

Existem duas formas comuns de distribuir um sinal de RF por várias antenas.

Opção 1: Um separador de 8 compartimentos

Entrada → Divisor de 8 vias → 8 saídas

Perda teórica por divisão:

9,03 dB

Opção 2: Divisores de duas vias em cascata

Entrada → 2 vias → 2 vias → 2 vias

Isto também pode criar oito ramos.

Idealmente, a perda total teórica decorrente da divisão continua a ser aproximadamente:

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

No entanto, cada divisória física e cada ligação introduzem perdas adicionais.

Por conseguinte, a perda real do sistema depende das especificações efetivas dos componentes e da disposição dos cabos.

Um divisor dedicado de 8 vias pode simplificar a instalação, enquanto uma arquitetura em cascata pode proporcionar maior flexibilidade em redes de RF complexas.

A melhor opção depende da topologia necessária, da disposição física, do orçamento energético e dos requisitos de manutenção.

Como escolher o divisor de potência adequado

O número de resultados é apenas um dos fatores de seleção.

Os engenheiros devem avaliar, pelo menos, os seguintes parâmetros.

1. Gama de frequências

O divisor deve cobrir as frequências de funcionamento exigidas.

Por exemplo, um sistema celular ou DAS pode necessitar de cobertura de banda larga em várias bandas.

Por conseguinte, verifique:

• Frequência mínima
• Frequência máxima
• Perda de inserção em toda a banda
• Perda de retorno em toda a banda
• Isolamento em toda a banda

Um divisor com excelente desempenho numa determinada frequência não é necessariamente adequado para um sistema de banda larga.

2. Número de saídas

Selecione a configuração de saída de acordo com as ramificações de RF efetivas.

Utilize um:

Divisória de 2 vias para duas filiais.

Utilize um:

Divisória de 4 compartimentos para quatro filiais.

Utilize um:

Divisória de 8 compartimentos para oito filiais.

No entanto, evite escolher um divisor de 8 vias apenas porque oferece mais portas.

Se forem necessárias apenas duas saídas, um divisor de 2 vias evita normalmente perdas desnecessárias decorrentes da divisão.

3. Perda de inserção

A perda de inserção afeta diretamente a potência fornecida aos equipamentos a jusante.

Por conseguinte, compare a perda de inserção especificada nas frequências utilizadas pelo sistema.

Nas aplicações DAS, mesmo pequenas perdas podem tornar-se significativas quando vários componentes passivos são ligados em cascata.

4. Capacidade de potência

A capacidade de potência especifica a quantidade de potência de RF que o divisor pode suportar com segurança.

A classificação exigida depende de:

• Potência de saída do transmissor
• Número de transportadoras
• PAPR
• Ciclo de trabalho
• Frequência
• Configuração do sistema

No caso dos sistemas celulares com múltiplas portadoras, a potência média do transmissor, por si só, pode não fornecer informação suficiente.

Por conseguinte, a potência nominal deve ser verificada em função das condições reais de funcionamento de RF.

5. Isolamento

O isolamento descreve o grau de separação entre as portas de saída.

Um maior isolamento pode reduzir a interação indesejada entre ramos.

Isto é particularmente útil em sistemas com várias antenas e em sistemas DAS, em que os diferentes ramos podem estar sujeitos a cargas diferentes.

6. Perda de retorno e VSWR

A perda de retorno e a VSWR indicam o grau de adaptação das portas de RF.

Uma boa adaptação de impedância reduz a potência refletida.

Os sistemas de RF típicos utilizam:

Impedância de 50 Ω

Por conseguinte, certifique-se de que o divisor, os cabos, as antenas e outros componentes apresentam uma impedância compatível.

Divisor de potência com baixo PIM para DAS

Intermodulação passiva, ou PIM, é um aspeto importante a ter em conta nas redes celulares e DAS.

O PIM ocorre quando dois ou mais sinais de RF interagem através de uma junção passiva não linear e geram frequências indesejadas.

Estes sinais indesejados podem interferir com as bandas sensíveis dos recetores.

Os divisores de potência, os conectores, os cabos, as antenas e outros componentes passivos de RF podem todos contribuir para o PIM.

Por conseguinte, as aplicações DAS requerem frequentemente divisores de potência com baixo PIM.

As especificações importantes podem incluir:

• Nível PIM
• Perda de inserção
• Perda de retorno
• Isolamento
• Potência admissível
• Gama de frequências
• Tipo de conetor

Por exemplo, uma especificação como esta:

PIM ≤ -153 dBc

é habitualmente utilizado para descrever um desempenho com baixo PIM numa condição de teste definida.

No entanto, os valores de PIM devem ser sempre avaliados em conjunto com a potência de ensaio, a frequência, a configuração do conector e o método de medição.

2 vias, 4 vias ou 8 vias: qual deve escolher?

A escolha pode ser simplificada da seguinte forma.

Escolha um divisor de potência de 2 vias quando:

• Precisa de duas saídas de RF.
• É importante que a perda por divisão seja baixa.
• O sistema possui um número reduzido de antenas.
• Quer uma estrutura de distribuição de RF simples.

Escolha um divisor de potência de 4 vias quando:

• São necessárias quatro ramificações de RF.
• Está a ser concebida uma rede de antenas de média dimensão.
• Quer reduzir o número de componentes em cascata.
• A potência de entrada disponível permite suportar uma perda teórica de divisão de aproximadamente 6 dB.

Escolha um divisor de potência de 8 vias quando:

• São necessárias oito filiais da RF.
• O sistema necessita de um maior número de saídas de antena.
• A fonte de RF tem potência suficiente.
• É possível compensar uma perda de divisão teórica de aproximadamente 9 dB.

Por conseguinte, o melhor divisor não é necessariamente aquele que tem mais saídas. Em vez disso, opte pela configuração que satisfaça o número de antenas necessário, mantendo ao mesmo tempo um orçamento de ligação de RF aceitável.

Divisor de potência de 2 vias vs 4 vias vs 8 vias: Tabela de seleção

Erros comuns na seleção de um divisor de potência de RF

Erro 1: Escolher o divisor apenas com base no número de portas

Um maior número de saídas não significa um melhor desempenho.

Um divisor de 8 vias introduz uma perda teórica de divisão de aproximadamente 9 dB. Por conseguinte, não deve ser utilizado quando forem necessárias apenas duas ramificações de RF.

Erro 2: Confundir a perda por divisão com a perda por inserção

Um divisor de 4 vias tem uma perda de divisão teórica de aproximadamente 6 dB, mas a perda de inserção real será superior.

Por isso, consulte sempre a ficha técnica.

Erro 3: Ignorar a gama de frequências

Um divisor de potência concebido para uma banda de frequência estreita pode não funcionar corretamente num sistema celular de banda larga.

Por conseguinte, verifique toda a gama de frequências.

Erro n.º 4: Ignorar o PIM

No caso de aplicações de redes móveis e DAS, um desempenho insatisfatório em termos de PIM pode causar problemas de interferência, mesmo quando a perda de inserção parece aceitável.

Por conseguinte, sempre que necessário, devem ser considerados componentes com baixo PIM.

Erro n.º 5: Ignorar a potência admissível

O divisor deve suportar a potência de RF real aplicada à sua entrada.

Caso contrário, uma potência de RF excessiva pode causar sobreaquecimento ou avaria dos componentes.

Perguntas frequentes

Qual é a diferença entre um divisor de potência de 2 vias e um de 4 vias?

Um divisor de potência de 2 vias divide um sinal de entrada em duas saídas, com uma perda teórica de divisão de aproximadamente 3,01 dB. Um divisor de 4 vias proporciona quatro saídas e apresenta uma perda teórica de divisão de aproximadamente 6,02 dB.

Qual é a perda teórica de um divisor de potência de 8 vias?

Um divisor de potência ideal de 8 vias tem aproximadamente 9,03 dB de perda teórica de divisão. A perda de inserção real será superior devido às perdas no interior do divisor.

Um divisor de potência de 4 vias é melhor do que um divisor de 2 vias?

Não necessariamente. Um divisor de 4 vias é adequado quando são necessárias quatro ramificações de saída. Se forem necessárias apenas duas ramificações, um divisor de 2 vias proporciona normalmente uma perda teórica de divisão menor.

Qual é a potência que cada saída de um divisor de 8 vias recebe?

Idealmente, cada saída recebe um oitavo da potência de entrada. Por exemplo, uma entrada de 80 W forneceria aproximadamente 10 W por saída, antes da perda de inserção adicional.

Qual é a diferença entre um divisor de potência e um separador de potência?

Em muitas aplicações de RF, estes termos são utilizados de forma intercambiável. No entanto, o termo “divisor de potência” é habitualmente utilizado quando se refere a um componente que distribui uma entrada de RF por várias saídas, enquanto o termo “divisor de sinal” é frequentemente utilizado como termo geral para a divisão de sinais.

Qual é o divisor de potência mais adequado para o DAS?

O divisor adequado depende do número de ramificações da antena, da frequência de funcionamento, do nível de potência, dos requisitos de PIM, da disposição dos cabos e do orçamento de ligação de RF.

No caso de pequenas redes DAS, um divisor de 2 vias pode ser suficiente. Os sistemas de média dimensão podem utilizar divisores de 4 vias, enquanto os sistemas de maior dimensão podem necessitar de configurações com divisores de 8 vias ou em cascata.

O que é um divisor de potência com baixo PIM?

Um divisor de potência com baixo PIM foi concebido e fabricado para minimizar a intermodulação passiva gerada pelo componente sob elevada potência de RF.

É frequentemente utilizado em redes móveis, sistemas DAS, sistemas de segurança pública e outras infraestruturas de RF em que a sensibilidade do recetor é importante.

Conclusão

A diferença entre Divisores de potência de 2, 4 e 8 vias é, essencialmente, o número de portas de saída e a divisão teórica de potência daí resultante.

Uma divisória de duas vias tem aproximadamente 3,01 dB perda teórica de divisão. Um divisor de 4 vias tem aproximadamente 6,02 dB, enquanto um divisor de 8 vias tem aproximadamente 9,03 dB.

No entanto, os divisores de potência reais também introduzem uma perda de inserção adicional.

Por conseguinte, a seleção do divisor de potência de RF adequado exige mais do que apenas contar as portas de saída. Os engenheiros devem ter em conta gama de frequências, perda de inserção, potência admissível, perda de retorno, isolamento, desempenho em termos de PIM, tipo de conector e o orçamento total da ligação de RF.

No caso de duas ramificações de RF, um divisor de 2 vias é normalmente a opção mais simples. Para quatro ramificações, um divisor de 4 vias oferece uma solução de distribuição direta. Por sua vez, um divisor de 8 vias é útil quando são necessárias oito ramificações e o sistema consegue suportar a maior perda de divisão.

Em última análise, o divisor de potência adequado é aquele que fornece o número necessário de saídas de RF, mantendo simultaneamente potência de sinal e desempenho de RF suficientes em todo o sistema.