Направленный разветвитель или гибридный разветвитель: какой из них следует использовать при проектировании базовых станций и систем DAS?

Оба устройства имеют по четыре порта и внешне похожи, но выполняют совершенно разные функции. Если использовать не то устройство, вся ваша система распределения сигнала и мониторинга перестанет работать должным образом.

При проектировании базовой станции или Система DAS, часто возникает необходимость сделать выбор: нужно отделить небольшую часть сигнала для мониторинга или объединить два сигнала. Что выбрать: направленный соединитель или а гибридный соединитель?

Многие инженеры, глядя на таблицу выбора, теряются — оба устройства имеют четыре порта, оба называются “разветвителями”, а технические характеристики в спецификациях выглядят довольно похожими. Однако в реальной системе эти два компонента выполняют совершенно разные функции. Если использовать направленный разветвитель там, где требуется гибридный, или наоборот, в лучшем случае вы получите плохое распределение сигнала, а в худшем — производительность системы резко упадет.

В этой статье обойдены теоретические отступления, и с инженерной точки зрения объясняется, в чём заключается разница, когда следует использовать тот или иной вариант и на какие параметры следует обращать внимание при выборе.

Прежде всего, давайте разберемся с одним основным фактом: гибридный разветвитель — это особый тип направленного разветвителя

Давайте сначала разберемся с одним распространенным заблуждением.

С технической точки зрения, а гибридный соединитель является особой подкатегорией a направленный соединитель. Они работают по одному и тому же принципу — оба представляют собой четырехпортовые пассивные устройства, которые распределяют или объединяют сигналы посредством электромагнитной связи. Разница заключается в коэффициенте связи: для гибридного разветвителя он зафиксирован на уровне ‑3 дБ, то есть он разделяет входную мощность поровну на две ветви (по 50% каждый), с заданным фазовым соотношением (90° или 180°) между выходами. Напротив, у направленного разветвителя коэффициенты связи могут составлять, например, 3 дБ, 5 дБ, 6 дБ, 10 дБ, 15 дБ, 20 дБ, и т. д., и служит для “отбора” небольшой части сигнала с основной линии.

Подумайте об этом так: направленный разветвитель — это как клапан отбора проб на водопроводе — основной поток проходит мимо, а вы открываете небольшой кран, чтобы набрать стакан воды для проверки качества, не влияя на основной поток. Гибридный соединитель похож на T-разветвитель – один поток воды поступает внутрь и равномерно разделяется на два потока, причем в каждом из них содержится ровно одинаковое количество воды.

Как только вы поймёте это основное различие, всё остальное будет легко.

Направленный разветвитель: ваш инструмент для мониторинга сигнала и отбора мощности

Основная обязанность направленный соединитель — это извлечь небольшую часть сигнала из основной линии передачи для мониторинга, измерения или управления с обратной связью.

Типичный направленный разветвитель имеет четыре порта: «Input» (вход), «Through» (проходной), «Couple» (разветвительный) и «Isolate» (изолирующий). Сигнал поступает в порт «Input». Большая часть энергии выходит через порт «Through» и проходит дальше по линии. Небольшая часть выходит из порта «Couple» для мониторинга. Порт «Isolate» обычно заканчивается нагрузкой 50 Ом для поглощения отражённых сигналов.

Три ключевых параметра, на которые следует обратить внимание:

Значение сцепления – Этот параметр определяет, какая часть мощности “отводится” от основной линии. Он выражается в дБ — чем выше значение, тем меньше отводимой мощности. Разветвитель на 10 дБ означает, что выходная мощность разветвленного порта на 10 дБ ниже входной, что составляет примерно одну десятую мощности основной линии. Значение 20 дБ соответствует одной сотой. Для мониторинга сигнала обычно используются разветвители 10 дБ, 15 дБ или 20 дБ; для распределения мощности можно использовать разветвители 5 дБ или 6 дБ.

Потери на входе – Это мощность, теряемая на пути от входного порта до проходного порта. Чем выше степень разветвления (чем меньше отводов), тем меньше вносимые потери на проходном канале. У разветвителя с коэффициентом разветвления 10 дБ вносимые потери на проходном канале обычно составляют менее 1 дБ.

Направленность – Этот показатель характеризует способность соединителя отделять прямые сигналы от отраженных. Более высокая направленность означает, что на выходе соединенного порта формируется более чистый прямой сигнал с меньшим количеством помех от отражений.

Линейка направленных разветвителей MS TELERF охватывает широкий диапазон частот от 698 МГц до 6000 МГц. Серия с низким уровнем PIM позволяет достичь значений ниже –161 дБc при коэффициентах связи от 5 дБ до 20 дБ. В некоторых моделях используются разъёмы 4,3–10, которые более компактны и обеспечивают лучшую стабильность PIM по сравнению с традиционными разъёмами типа N и 7/16 DIN.

Типичные области применения направленных разветвителей:

• Мониторинг сигнала базовой станции в режиме реального времени – отбирать небольшой образец из сигналов высокой мощности для подачи на спектральный анализатор или измеритель мощности с целью проверки качества в режиме реального времени.
• Распределение сигнала DAS – отвести часть сигнала от магистрали для питания антенн на разных этажах или в разных зонах.
• Контроль КСВ – Путем контроля прямой и отражённой мощности можно рассчитать КСВ антенны, чтобы проверить исправность антенной системы.
• Управление сигналом с несколькими несущими – проводить выборочную проверку и диагностику в комбинированных многополосных сигнальных цепях.

Гибридный разветвитель: равномерное распределение мощности с регулировкой фазы

Основное отличие между гибридный соединитель а направленный разветвитель представляет собой: Гибридный фильтр равномерно разделяет сигнал (50/50) и поддерживает фиксированную разность фаз между двумя выходами.

Существует два распространенных типа:

Гибридный разветвитель на 90° (квадратурный гибрид) – фазы его двух выходов расходятся на 90°. Одна из удобных особенностей: отраженные сигналы на входных портах взаимно гасятся, благодаря чему входной КСВ имеет отличные показатели. В системах DAS гибридные разветвители на 90° часто используются для объединения двух сигналов или для равномерного распределения одного сигнала на два выхода. Гибридные разветвители MS TELERF широко применяются при развертывании систем DAS.

Гибридный разветвитель на 180° (разветвитель типа «крысиные бега» или «волшебное тройник») – его два выхода либо синфазны (0°), либо противофазны (180°). Данный тип широко используется в смесителях, антенных питающих сетях и других системах, где требуются определённые фазовые соотношения.

Основные технические характеристики гибридных соединителей:

• Баланс амплитуд – разность мощностей между двумя выходами; в идеале — 0 дБ.
• Фазовый баланс – составляет ли разность фаз ровно 90° или 180°.
• Изоляция – насколько хорошо изолированы два входных порта; как правило, требуется уровень изоляции >20 дБ.
• Потери на входе – потери мощности в устройстве; у качественных изделий этот показатель очень низкий.

В гибридных соединителях MS TELERF используется конструкция полосковой линии с воздушным диэлектриком, в которой проводники подвешены внутри алюминиевых полостей, обработанных на станках с ЧПУ. Такая конструкция обеспечивает чрезвычайно низкий уровень PIM (до –161 дБc) и высокую мощностную нагрузочную способность. В качестве поверхностной отделки используется серебряное покрытие или триметаллическое (белобронзовое) покрытие, обеспечивающее хорошую проводимость и стойкость к окислению.

Типичные области применения гибридных соединителей:

• Объединение и распределение сигнала DAS – объединять несколько сигналов или равномерно распределять их между несколькими антеннами внутри здания.
• Комбинирование усилителей мощности – объединить выходные сигналы двух усилителей для увеличения суммарной мощности при сохранении фазовых соотношений.
• Сети с формированием луча антенны – регулировать фазу отдельных антенных элементов в многоантенных системах для управления направлением луча.
• Симметричные усилители – использовать гибридные разветвители/объединители с углом 90° на входе и выходе для разделения/объединения мощности с целью подавления отражений и улучшения КСВ.

Краткий обзор: для чего что предназначено?

Как принять решение при выборе

Если вам нужно отвести небольшую часть основного сигнала для контроля – выберите направленный разветвитель. Какое значение коэффициента разветвления выбрать? Это зависит от того, какой уровень сигнала требуется вашему монитору. Для спектрального анализатора обычно требуется входной уровень от –10 до –20 дБм. Рассчитайте, исходя из мощности в основном тракте, нужен ли вам коэффициент 10 дБ или 20 дБ.

Если вам нужно объединить два сигнала или разделить один сигнал поровну на два канала – выберите гибридный разветвитель. Угол 90° или 180° зависит от фазовых требований вашей системы. Для большинства систем DAS и схем объединения мощности подходит угол 90°; для смесителей и антенных питающих сетей может потребоваться угол 180°.

Если вам требуется как мониторинг, так и распределение электроэнергии – здесь возможны оба варианта. Сначала определитесь с основной целью. Если главная задача — мониторинг, выберите направленный разветвитель и подключите монитор к разветвительному порту. Если главная задача — распределение сигнала, выберите гибридный разветвитель и подключите антенны или устройства следующего уровня к выходам.

О PIM – Независимо от того, какой тип вы выберете, при использовании в системах 5G и DAS следует уделять особое внимание показателю PIM. Как направленные, так и гибридные соединители MS TELERF позволяют достичь значений ниже –160 дБc или даже –161 дБc, что соответствует строгим требованиям большинства базовых станций 5G.

Направленные и гибридные разветвители работают по одному и тому же принципу, но выполняют разные задачи. При выборе не стоит заблуждаться из-за того, что “у обоих по четыре порта”. Сначала спросите себя: нужно ли мне “отвести небольшую часть сигнала для просмотра” или “равномерно разделить сигнал”? Как только это станет ясно, вы не ошибетесь.

Если у вас возникнут вопросы по выбору соединителей или вам понадобятся конкретные технические характеристики продукции и протоколы испытаний, обращайтесь к технической службе MS TELERF.