2-ходовой, 4-ходовой и 8-ходовой разветвитель питания: отличия, вносимые потери и области применения

2-ходовой, 4-ходовой и 8-ходовой разветвитель питания: отличия, вносимые потери и области применения

Двухканальный разветвитель мощности разделяет один радиочастотный сигнал на два выходных сигнала, тогда как четырёхканальные и восьмиканальные разветвители мощности распределяют один входной сигнал на четыре или восемь выходных сигналов. Основные различия заключаются в количестве выходов, теоретических потерях при разветвлении, вносимых потерях, коэффициенте изоляции, допустимой мощности и требованиях к применению.

Разветвители мощности широко используются в радиочастотной технике, беспроводной связи, системах DAS, сетях сотовой связи, системах обеспечения общественной безопасности, испытательном оборудовании и распределенных антенных системах. Однако выбор между 2-ходовым, 4-ходовым или 8-ходовым разветвителем мощности — это не просто вопрос выбора количества выходных портов.

По мере увеличения количества выходов теоретическая мощность, доступная на каждом выходе, снижается. Поэтому перед выбором делителя инженерам необходимо учитывать доступную входную мощность, требуемую выходную мощность, потери в кабеле, количество антенн, рабочую частоту и общий бюджет РЧ-канала.

Что такое разветвитель РЧ-мощности?

РЧ делитель мощности представляет собой пассивный радиочастотный компонент, который распределяет входной сигнал по нескольким выходным портам.

Для идеального делителя мощности с равными долями:

• Двухходовой разветвитель обеспечивает два одинаковых выхода.
• 4-ходовой разветвитель обеспечивает четыре одинаковых выхода.
• 8-канальный разветвитель обеспечивает восемь одинаковых выходов.

Например, если в идеальный двухходовой разветвитель поступает 10 Вт радиочастотной мощности, то на каждый выход выпадает примерно 5 Вт без учета вносимых потерь.

При использовании 4-портового разветвителя оптимальная выходная мощность составляет примерно 2,5 Вт на каждый порт.

При использовании 8-канального разветвителя на каждый выход приходится примерно 1,25 Вт.

Следовательно, увеличение количества выходных портов приводит к снижению теоретической мощности, доступной на каждом выходе.

Упрощённый путь распределения радиочастотного сигнала можно изобразить следующим образом:

Источник РЧ → Разветвитель мощности → Коаксиальный кабель → Антенны

В системах DAS или системах сотового покрытия разветвитель мощности часто используется для распределения одного радиочастотного сигнала между несколькими антеннами.

2-ходовой, 4-ходовой и 8-ходовой разветвитель питания

Самое важное отличие заключается в теоретическом распределении мощности.

Для равномерного делителя мощности теоретические потери при разделении мощности можно рассчитать по следующей формуле:

Потери при разделении = 10 × log₁₀(N)

где N — это количество выходных портов.

В результате получается примерно:

Эти значения отражают исключительно теоретические потери при разделении сигнала. В реальном разветвителе радиочастотной мощности дополнительные вносимые потери обусловлены внутренней конструкцией, проводниками, разъемами, диэлектрическими материалами и другими факторами.

Поэтому фактические вносимые потери, как правило, будут выше, чем теоретические потери при разделении.

2-ходовой разветвитель питания

A 2-ходовой разветвитель питания разделяет один входной радиочастотный сигнал на два выходных сигнала.

В идеальной схеме с равным распределением мощности на каждый выход приходится половина входной мощности.

Например:

Входная мощность: 20 Вт

Мощность на выходе 1: 10 Вт

Выходная мощность 2: 10 Вт

В данном примере не учитываются дополнительные потери на вставку разделителя.

Поскольку теоретические потери при разветвлении составляют всего около 3 дБ, двухканальный разветвитель, как правило, обеспечивает наименьшие потери при разветвлении среди всех трёх конфигураций.

Типовые применения

Двухходовые разветвители питания широко используются в:

• Системы с двумя антеннами
• Небольшие системы DAS
• Сотовые ретрансляторы
• Оборудование для радиочастотных испытаний
• Подсистемы базовой станции
• Системы антенного разнообразия
• Сети распределения сигналов

Двухходовой разветвитель зачастую является оптимальным вариантом, когда требуется всего две радиочастотные ветви.

Однако использование нескольких двухходовых разветвителей для создания дополнительных выходных портов может привести к увеличению количества компонентов и возникновению дополнительных потерь.

4-ходовой разветвитель питания

A 4-ходовой разветвитель питания распределяет один вход РЧ на четыре выходных порта.

В идеальной конфигурации с равным распределением на каждый выход поступает одна четверть входной мощности.

Например:

Входная мощность: 40 Вт

Мощность на порт: 10 Вт

Опять же, это до учета дополнительных потерь на вставку.

Теоретический убыток от сплита составляет примерно 6,02 дБ.

По сравнению с 2-ходовым разветвителем 4-ходовая конструкция обеспечивает в два раза больше выходов, но приводит к увеличению теоретических потерь при разветвлении примерно на 3 дБ.

Типовые применения

4-ходовые разветвители обычно используются в:

• Распределенные антенные системы
• Покрытие беспроводной сети внутри помещений
• Сотовые сети
• Системы связи в сфере общественной безопасности
• Многоантенные системы
• Распределение радиочастотного сигнала
• Беспроводная инфраструктура

В антенных сетях среднего размера 4-ходовой разветвитель зачастую обеспечивает оптимальный баланс между количеством выходов и потерями в радиочастотном диапазоне.

8-канальный разветвитель питания

An 8-канальный разветвитель распределяет один вход РЧ на восемь выходных портов.

В идеальной конфигурации с равным распределением мощности каждый выход получает одну восьмую от входной мощности.

Например:

Входная мощность: 80 Вт

Мощность на порт: 10 Вт

В данном примере не учтены дополнительные потери на вставку.

Теоретический убыток от сплита составляет примерно 9,03 дБ.

Следовательно, 8-канальный разветвитель требует большей входной мощности, чем 2-канальный, если системе требуется одинаковая выходная мощность на каждой ветви.

Типовые применения

8-канальные разветвители часто используются в крупных системах распределения радиочастотного сигнала, в том числе:

• Крупные установки DAS
• Многоантенные системы сотовой связи
• Система DAS для обеспечения общественной безопасности
• Беспроводная инфраструктура
• Распределительные сети радиочастотного диапазона
• Системы лабораторных испытаний
• Многоканальные антенные системы

8-канальный разветвитель позволяет сократить количество отдельных ступеней разветвителя в крупной системе. Однако инженеры должны учитывать более высокие потери при разветвлении в бюджете радиочастотного канала.

2-канальный, 4-канальный и 8-канальный: расчет мощности

Теоретическую выходную мощность делителя равных мощностей можно рассчитать по формуле:

Pout = Pin / N

где:

• Надутый рот = идеальная мощность на каждом выходе
• Закрепить = входная мощность
• N = количество выходных портов

Например, рассмотрим входную мощность РЧ 16 Вт.

2-позиционный разветвитель

16 Вт ÷ 2 = 8 Вт на каждый выход

4-ходовой разветвитель

16 Вт ÷ 4 = 4 Вт на каждый выход

8-позиционный разветвитель

16 В ÷ 8 = 2 Вт на каждый выход

Фактическая выходная мощность будет ниже из-за вносимых потерь.

Поэтому при расчете мощности для реальных РЧ-систем следует учитывать как теоретические потери на разветвлении, так и указанные производителем вносимые потери.

В чём заключается разница между потерями при разветвлении и потерями при вставке?

Эти два термина часто путают.

Разделенная потеря

Потери при разделении — это теоретические потери, возникающие в результате распределения входной мощности между несколькими выходами.

Например:

• 2-полосная: примерно 3 дБ
• 4-полосная: примерно 6 дБ
• 8-канальный: примерно 9 дБ

Эти потери являются неотъемлемой частью процессов распределения электроэнергии.

Потери на входе

Потери на вставку включают дополнительные потери, вызванные физическим разветвителем мощности.

Например, если двухсторонний разделитель имеет:

Теоретические потери на разветвлении = 3,01 дБ

и

Дополнительные потери на входе = 0,4 дБ

Общие потери на каждом выходе составляют примерно:

3,41 дБ

Поэтому при сравнении делителей мощности инженерам не следует ориентироваться исключительно на количество выходных портов.

Вместо этого проверьте фактические технические характеристики производителя по коэффициенту вносимых потерь во всем рабочем диапазоне частот.

Почему большее количество выходных портов приводит к увеличению потерь?

Разделитель мощности распределяет имеющуюся РЧ-мощность между своими выходами.

Для идеального делителя с равным распределением:

• На 2 выхода поступает по 1/2 на каждый.
• На 4 выхода поступает по 1/4 на каждый.
• На каждый из 8 выходов поступает по 1/8.

В результате каждое удвоение количества выходов приводит к увеличению примерно на Теоретические потери при разделении 3 дБ.

Зависимость заключается в следующем:

2-полосная → 3 дБ

4-полосный → 6 дБ

8-канальный → 9 дБ

Эта зависимость имеет важное значение при проектировании сетей распределения радиочастотного сигнала.

Например, 8-ходовой разветвитель может оказаться удобным, поскольку он обеспечивает восемь выходов от одного входа. Однако системе требуется достаточная входная мощность, чтобы компенсировать теоретические потери при разветвлении, составляющие примерно 9 дБ, а также потери в кабеле, разъемах, антенне и других элементах системы.

2-ходовой, 4-ходовой и 8-ходовой разветвитель мощности для DAS

Распределенные антенные системы — одна из наиболее распространенных областей применения разветвителей радиочастотной мощности.

Типичная архитектура DAS может выглядеть следующим образом:

Источник сигнала → Главный разветвитель → Отводной разветвитель → Антенны

Количество антенн определяет необходимую структуру распределения.

Небольшая система DAS

Для небольшой установки с двумя антеннами может хватить двухходового разветвителя.

Например:

Источник РЧ → 2-ходовой разветвитель → Антенна 1 + Антенна 2

Эта структура проста и позволяет свести к минимуму ненужное разделение.

Средний уровень DAS

При наличии четырёх антенных ветвей 4-ходовой разветвитель может обеспечить прямой путь распределения сигнала:

Источник РЧ → 4-ходовой разветвитель → 4 антенны

Это позволяет сократить количество компонентов, включенных в каскад.

Более крупная система DAS

При наличии восьми антенных ответвлений 8-канальный разветвитель может напрямую распределять сигнал:

Источник РЧ → 8-канальный разветвитель → 8 антенн

Однако следует тщательно проанализировать более высокие убытки от сплита.

В более крупных установках DAS инженеры могут вместо этого использовать комбинацию 2-полосных, 3-полосных, 4-полосных, 6-полосных и 8-полосных компонентов для обеспечения необходимого покрытия и баланса мощности.

Каскадные разветвители мощности по сравнению с одним многоходовым разветвителем

Существует два распространенных способа распределения одного радиочастотного сигнала между несколькими антеннами.

Вариант 1: один 8-секционный разделитель

Вход → 8-канальный разветвитель → 8 выходов

Теоретический убыток от сплита:

9,03 дБ

Вариант 2: Каскадные двухходовые разветвители

Вход → 2-полосный → 2-полосный → 2-полосный

При этом также может быть создано восемь ветвей.

В идеале общий теоретический убыток от сплита по-прежнему составляет примерно:

3,01 + 3,01 + 3,01 = 9,03 дБ

Однако каждое физическое разделительное устройство и каждое соединение приводят к дополнительным потерям.

Таким образом, реальные потери в системе зависят от фактических технических характеристик компонентов и схемы прокладки кабеля.

Специализированный 8-канальный разветвитель может упростить монтаж, а каскадная архитектура — обеспечить большую гибкость в сложных РЧ-сетях.

Выбор оптимального варианта зависит от требуемой топологии, физической конфигурации, энергопотребления и требований к техническому обслуживанию.

Как выбрать подходящий делитель мощности

Количество выходов — это лишь один из факторов выбора.

Инженеры должны оценить, как минимум, следующие параметры.

1. Частотный диапазон

Разделитель должен охватывать требуемый диапазон рабочих частот.

Например, для сотовой сети или системы DAS может потребоваться широкополосное покрытие в нескольких диапазонах частот.

Поэтому проверьте:

• Минимальная частота
• Максимальная частота
• Потери на вставку во всем диапазоне частот
• Отражательные потери в диапазоне частот
• Изоляция по всей полосе пропускания

Разделитель, демонстрирующий отличные характеристики на одной частоте, не обязательно подходит для широкополосной системы.

2. Количество выходов

Выберите конфигурацию выхода в соответствии с фактическими РЧ-ветвями.

Используйте:

2-секционная перегородка для двух филиалов.

Используйте:

4-секционный разделитель для четырёх филиалов.

Используйте:

8-секционный разделитель для восьми филиалов.

Однако не стоит выбирать 8-портовый разветвитель только потому, что он имеет больше портов.

Если требуется всего два выхода, то, как правило, использование 2-ходового разветвителя позволяет избежать ненужных потерь при разветвлении.

3. Потери на входе

Потери на вставку напрямую влияют на мощность, подаваемую на последующее оборудование.

Поэтому сравните указанные потери на вставку на частотах, используемых в системе.

В системах DAS даже небольшие потери могут стать значительными при каскадном соединении нескольких пассивных компонентов.

4. Допустимая нагрузка

Номинальная мощность определяет, какую мощность радиочастотного сигнала разветвитель может безопасно выдерживать.

Требуемый рейтинг зависит от:

• Выходная мощность передатчика
• Количество перевозчиков
• PAPR
• Рабочий цикл
• Частота
• Конфигурация системы

В случае сотовых систем с несколькими несущими одной лишь средней мощности передатчика может оказаться недостаточно для получения необходимой информации.

Поэтому номинальную мощность следует проверять с учетом фактических условий работы в радиочастотном диапазоне.

5. Изоляция

Изоляция характеризует степень разделения выходных портов друг от друга.

Более высокая степень изоляции может снизить нежелательное взаимодействие между ветвями.

Это особенно полезно в системах с несколькими антеннами и системах DAS, где на различные ветви может приходиться разная нагрузка.

6. Возвратные потери и КСВ

Отраженные потери и КСВ показывают, насколько хорошо согласованы РЧ-порты.

Хорошее согласование импеданса позволяет уменьшить отраженную мощность.

В типичных радиочастотных системах используются:

Импеданс 50 Ом

Поэтому убедитесь, что разветвитель, кабели, антенны и другие компоненты имеют совместимое сопротивление.

Разветвитель мощности с низким уровнем PIM для DAS

Пассивная интермодуляция, или PIM, является важным фактором, который необходимо учитывать в сотовых сетях и сетях DAS.

Явление PIM возникает, когда два или более радиочастотных сигнала взаимодействуют через нелинейный пассивный узел и генерируют нежелательные частоты.

Эти нежелательные сигналы могут создавать помехи в диапазонах чувствительных приемников.

Распределители мощности, разъёмы, кабели, антенны и другие пассивные РЧ-компоненты могут способствовать возникновению PIM.

Поэтому приложения DAS часто требуют разветвители мощности с низким уровнем PIM.

К важным техническим характеристикам могут относиться:

• Уровень PIM
• Потери на входе
• Возвратные потери
• Изоляция
• Мощностная нагрузка
• Диапазон частот
• Тип разъема

Например, такая спецификация:

PIM ≤ -153 дБc

обычно используется для описания характеристик с низким уровнем PIM в определённых условиях испытаний.

Однако значения PIM всегда следует оценивать с учётом испытательной мощности, частоты, конфигурации разъёмов и метода измерения.

2-позиционный, 4-позиционный или 8-позиционный: какой из них выбрать?

Выбор можно упростить следующим образом.

Выбирайте двухходовой разветвитель питания в следующих случаях:

• Вам потребуется два радиочастотных выхода.
• Важно, чтобы потери при разделении были низкими.
• Система имеет небольшое количество антенн.
• Вам нужна простая схема распределения радиочастотного сигнала.

Выбирайте 4-ходовой разветвитель питания в следующих случаях:

• Требуется четыре отделения RF.
• В настоящее время ведётся проектирование антенной сети среднего размера.
• Вы хотите уменьшить количество компонентов, включенных в каскад.
• Доступная входная мощность позволяет компенсировать теоретические потери при разделении мощности примерно на 6 дБ.

Выбирайте 8-канальный разветвитель в следующих случаях:

• Требуется восемь отделений RF.
• Системе требуется большее количество антенных выходов.
• Источник РЧ имеет достаточную мощность.
• Можно учесть теоретические потери при разделении сигнала, составляющие примерно 9 дБ.

Поэтому лучший разветвитель — это не обязательно тот, у которого больше всего выходов. Вместо этого следует выбрать конфигурацию, которая обеспечивает необходимое количество антенн при сохранении приемлемого бюджета радиочастотного канала.

2-ходовой, 4-ходовой и 8-ходовой разветвитель питания: таблица выбора

Распространенные ошибки при выборе РЧ-разветвителя мощности

Ошибка № 1: выбор разветвителя исключительно по количеству портов

Большее количество выходов не означает более высокую производительность.

8-ходовой разветвитель вносит теоретические потери при разветвлении, составляющие примерно 9 дБ. Поэтому его не следует использовать в тех случаях, когда требуется всего две РЧ-ветви.

Ошибка 2: Путаница между потерями при разделении и потерями при вставке

Теоретические потери в 4-ходовом разветвителе составляют примерно 6 дБ, однако фактические вносимые потери будут выше.

Поэтому всегда проверяйте техническое описание.

Ошибка № 3: игнорирование частотного диапазона

Разделитель мощности, рассчитанный на один узкий частотный диапазон, может работать некорректно в широкополосной системе сотовой связи.

Поэтому проверьте весь диапазон частот.

Ошибка № 4: игнорирование PIM

В системах сотовой связи и системах локального доступа (DAS) низкие показатели PIM могут вызывать проблемы с помехами даже в тех случаях, когда вносимые потери кажутся приемлемыми.

Поэтому в необходимых случаях следует рассматривать возможность использования компонентов с низким уровнем PIM.

Ошибка № 5: игнорирование номинальной мощности

Разветвитель должен выдерживать фактическую мощность РЧ-сигнала, подаваемую на его вход.

В противном случае чрезмерная мощность радиочастотного сигнала может привести к тепловой нагрузке или выходу компонентов из строя.

Часто задаваемые вопросы

В чём заключается разница между 2-ходовым и 4-ходовым разветвителем мощности?

Двухходовой разветвитель разделяет один входной сигнал на два выходных с теоретическими потерями при разветвлении примерно 3,01 дБ. Четырехходовой разветвитель обеспечивает четыре выходных сигнала и имеет теоретические потери при разветвлении примерно 6,02 дБ.

Какова теоретическая потеря в 8-ходовом делителе мощности?

Идеальный 8-ходовой делитель мощности с равными долями имеет приблизительно Теоретические потери при разделении — 9,03 дБ. Фактические потери на входе будут выше из-за потерь внутри разветвителя.

Является ли 4-ходовой разветвитель питания лучше 2-ходового?

Не обязательно. Четырехходовой разветвитель подходит в том случае, когда требуется четыре выходных ветви. Если же требуется только две ветви, двухходовой разветвитель, как правило, обеспечивает меньшие теоретические потери при разветвлении.

Какую мощность получает каждый выход 8-канального разветвителя?

В идеале на каждый выход приходится одна восьмая входной мощности. Например, при входной мощности 80 Вт на каждый выход будет приходиться примерно 10 Вт до учета дополнительных вносимых потерь.

В чём заключается разница между разделителем мощности и разветвителем мощности?

Во многих областях применения радиочастотной техники эти термины используются как синонимы. Однако термин “разделитель мощности” обычно применяется при описании компонента, который распределяет один входной радиочастотный сигнал на несколько выходных, тогда как термин “разветвитель мощности” часто используется в качестве общего термина для обозначения разветвления сигнала.

Какой разветвитель мощности лучше всего подходит для системы DAS?

Выбор подходящего разветвителя зависит от количества антенных ветвей, рабочей частоты, уровня мощности, требований к PIM, схемы прокладки кабеля и бюджета РЧ-канала.

Для небольших сетей DAS может быть достаточно двухходового разветвителя. В системах средней величины могут использоваться четырехходовые разветвители, тогда как для более крупных систем могут потребоваться восьмиходовые разветвители или каскадные конфигурации разветвителей.

Что такое разветвитель мощности с низким уровнем PIM?

Разработан и изготовлен разветвитель мощности с низким уровнем PIM, предназначенный для минимизации пассивной интермодуляции, генерируемой данным компонентом при высокой РЧ-мощности.

Он широко используется в сотовых сетях, системах DAS, системах обеспечения общественной безопасности и другой радиочастотной инфраструктуре, где чувствительность приемника имеет важное значение.

Заключение

Разница между 2-ходовые, 4-ходовые и 8-ходовые разветвители мощности — это, прежде всего, количество выходных портов и, как следствие, теоретическое распределение мощности.

Двухсекционная перегородка имеет примерно 3,01 дБ теоретическая потеря при разделении. В 4-ходовом разветвителе она составляет примерно 6,02 дБ, тогда как 8-канальный разветвитель имеет примерно 9,03 дБ.

Однако реальные делители мощности также приводят к дополнительным вносимым затуханиям.

Поэтому для выбора подходящего разветвителя радиочастотной мощности недостаточно просто подсчитать количество выходных портов. Инженеры должны учитывать частотный диапазон, вносимые потери, допустимая мощность, обратные потери, коэффициент изоляции, показатели PIM, тип разъема и общий бюджет РЧ-канала связи.

При наличии двух радиочастотных ответвлений простейшим решением обычно является двухходовой разветвитель. При наличии четырёх ответвлений прямое распределение сигналов обеспечивает четырёхходовой разветвитель. В то же время восьмиходовой разветвитель целесообразно использовать, когда требуется восемь ответвлений и система способна выдержать более высокие потери при разветвлении.

В конечном счете, правильным делителем мощности является тот, который обеспечивает необходимое количество РЧ-выходов при сохранении достаточной мощности сигнала и РЧ-характеристик во всей системе.