Оснащение производства
Лаборатория и Тестирование
Связь и Телекоммуникации
Безопасность и Спецтехника
Энергетика и Электротехника
Две схемы одного делителя
Задача у обеих схем одна: разделить сигнал на два равных по амплитуде и фазе, сохранив согласование всех портов с трактом 50 Ом. Решают её по-разному — и от этого зависят потери, развязка, полоса и допустимая мощность.
Резистивный делитель: три резистора по Z0/3
Три одинаковых резистора соединены звездой: один от входа к общей точке, по одному от общей точки к каждому выходу. При сопротивлении резисторов Z0/3 (16,7 Ом в тракте 50 Ом) каждый порт видит согласованную нагрузку 50 Ом, если два других нагружены. Частотно-зависимых элементов нет, поэтому полоса начинается от постоянного тока и ограничена лишь паразитными ёмкостями и индуктивностями корпуса и соединителей. Такие делители выпускают до 67 и 110 ГГц.
Делитель Уилкинсона: четвертьволновые линии и резистор 2·Z0
Вход разветвляется на две линии длиной в четверть длины волны с волновым сопротивлением √2·Z0 (70,7 Ом); концы линий — выходы, между ними включён резистор 2·Z0 (100 Ом). Когда оба выхода согласованы, напряжения на концах резистора равны, ток через него не течёт и мощность входа целиком делится между выходами. Если от одного выхода приходит отражённая волна, на резисторе она встречается со своей копией, прошедшей через обе линии, — и поглощается: во второй выход отражение не попадает. Это и есть развязка. Цена — частотная зависимость: четверть волны точна лишь на одной частоте.
Потери: откуда берутся 6 и 3 дБ
Если мощность делится на два выхода без потерь, каждому достаётся половина: 10·lg 2 = 3,01 дБ. Это не потери, а деление — его нельзя избежать никакой схемой. Всё, что сверх 3 дБ, — собственные потери делителя: в проводниках, диэлектрике, соединителях.
В резистивном делителе напряжение на каждом выходе вдвое меньше входного, а мощность — вчетверо: −6,02 дБ. Из 1 Вт на входе к каждому выходу приходит 0,25 Вт, ещё 0,5 Вт превращаются в тепло на резисторах. Поэтому резистивные делители маломощные: в карточке KADAMM ДМС-2-18 это исполнения на 0,5, 1, 2 и 10 Вт, в KADAMM ДМС-2-110 — на 0,5–2 Вт. У делителей Уилкинсона того же размера мощность деления — десятки и сотни ватт: резистор нагружается только отражённой волной.
| Вход | Резистивный, на каждый выход | Уилкинсон без потерь, на каждый выход | Уилкинсон с потерями 1 дБ |
|---|---|---|---|
| 0 дБм (1 мВт) | −6 дБм (0,25 мВт) | −3 дБм (0,5 мВт) | −4 дБм (0,4 мВт) |
| 20 дБм (100 мВт) | 14 дБм (25 мВт) | 17 дБм (50 мВт) | 16 дБм (40 мВт) |
| 33 дБм (2 Вт) | 27 дБм (0,5 Вт) | 30 дБм (1 Вт) | 29 дБм (0,8 Вт) |
Развязка между выходами
Развязка показывает, какая часть сигнала, пришедшего на один выход, появляется на другом. У идеального резистивного делителя она равна 6 дБ: отражение от антенны на первом выходе ослабнет всего вчетверо и уйдёт во вторую ветвь. У делителя Уилкинсона развязка в рабочей полосе — 20 дБ и больше; в таблице исполнений KADAMM ДМС-2-6 она нормирована от 14 до 30 дБ в зависимости от модели, у резистивных моделей от постоянного тока — 5,5–12 дБ.
Когда развязка важна:
- Выходы нагружены антеннами или длинными кабелями с заметным КСВН: без развязки отражение от одной антенны искажает сигнал другой и меняет общее согласование.
- Сложение сигналов двух передатчиков: без развязки выход одного попадает в выход другого.
- Фазированные решётки и измерения с несколькими приёмниками: связь между каналами даёт ошибку амплитуды и фазы.
Когда без неё можно обойтись: в измерительной схеме с короткими согласованными кабелями и нагрузками 50 Ом на всех портах, где главное — одинаковая амплитуда и фаза в широкой полосе.
Полоса частот и цена широкополосности
Резистивный делитель одинаково работает на 10 МГц и на 18 ГГц: верхнюю границу задают корпус и соединители. В карточке KADAMM ДМС-2-18 есть исполнения 0–8, 0–10 и 0–18 ГГц, в KADAMM ДМС-2-110 — 0–26,5, 0–40, 0–50, 0–67 и 0–110 ГГц.
Однокаскадный делитель Уилкинсона сохраняет развязку около 20 дБ в полосе порядка ±20 % от центральной частоты. Чтобы расширить полосу, ставят несколько четвертьволновых секций подряд с резистором на каждой. Полоса растёт, но растут длина, габариты и потери. Это хорошо видно по строкам KADAMM ДМС-2-6:
| Исполнение | Полоса, ГГц | Потери сверх деления, дБ | Развязка, дБ | Мощность дел. / сумм., Вт | Габариты, мм |
|---|---|---|---|---|---|
| KADAMM ДМС-2-3400/3800-30-N | 3,4–3,8 | 0,3 | 20 | 30/2 | 54×40×20 |
| KADAMM ДМС-2-2000/6000-30-N | 2–6 | 0,6 | 20 | 30/2 | 28×28×10 |
| KADAMM ДМС-2-400/6000-30-N | 0,4–6 | 1 | 20 | 30/2 | 60×38×12 |
| KADAMM ДМС-2-200/6000-30-N | 0,2–6 | 2,2 | 18 | 30/2 | 123×46×20 |
От узкой полосы 3,4–3,8 ГГц к полосе 0,2–6 ГГц потери выросли с 0,3 до 2,2 дБ, а длина корпуса — с 54 до 123 мм: чем ниже нижняя граница, тем длиннее четвертьволновые секции. Широкополосный Уилкинсон на 0,2–6 ГГц отдаёт на выход −5,2 дБ — почти как резистивный, но сохраняет развязку 18 дБ и мощность 30 Вт.
Делитель в режиме сумматора
Обе схемы взаимны и могут складывать сигналы. Резистивный сумматор теряет по 6 дБ с каждого входа. Уилкинсон складывает без потерь два когерентных сигнала одинаковой амплитуды и фазы — например, выходы двух одинаковых усилителей. Сигналы разных частот некогерентны: в общий порт попадает только половина мощности каждого, вторая рассеивается на резисторе. Поэтому в таблицах исполнений KADAMM мощность указана двумя числами: в режиме делителя и сумматора, например 30/2 Вт. Второе число ограничено резистором; прочерк означает, что модель в обратном включении не применяется.
Сравнение схем
| Параметр | Резистивный делитель | Делитель Уилкинсона |
|---|---|---|
| Деление на выход | −6,02 дБ | −3,01 дБ плюс собственные потери |
| Развязка выходов | около 6 дБ (в таблицах KADAMM — 5,5–12 дБ) | 20 дБ и больше (в таблицах KADAMM — 14–30 дБ) |
| Полоса | от 0 Гц до предела корпуса и соединителей | ограничена числом четвертьволновых секций |
| Мощность | единицы ватт: половина мощности рассеивается | десятки и сотни ватт в режиме делителя |
| Режим сумматора | −6 дБ с каждого входа | без потерь для когерентных сигналов; мощность ограничена резистором |
| Размер | малый, не зависит от частоты | растёт с шириной полосы и понижением нижней частоты |
| Типовое применение | измерения, импульсные и видеосигналы, тракты от постоянного тока | антенные системы, передатчики, сложение усилителей |
Как выбрать
- Нижняя частота. Нужна работа от постоянного тока или от единиц мегагерц в одной модели — резистивный делитель. Если нижняя граница от сотен мегагерц, сравните с широкополосным Уилкинсоном.
- Бюджет потерь. Посчитайте уровень на выходе: вход минус 6 дБ для резистивного, минус 3 дБ и собственные потери строки для Уилкинсона.
- Развязка. Выходы на антеннах, усилителях или длинных кабелях — нужен Уилкинсон.
- Мощность. Сравните с мощностью деления; для сумматора — со вторым числом в графе мощности.
- Соединители и габариты — по таблице исполнений; другие соединители — уточняйте у менеджера.
Пример: делитель от постоянного тока до 6 ГГц на 2 Вт
Требование «от постоянного тока» выполняет только резистивная схема. Под 2 Вт подходят KADAMM ДМС-2-0/10000-2-SMA (0–10 ГГц, 2 Вт, развязка 5,9 дБ, КСВН 1,2, SMA, 28×28×10 мм) и с запасом по мощности KADAMM ДМС-2-0/18000-10-N (0–18 ГГц, 10 Вт, развязка 5,5 дБ, N). Исполнения KADAMM ДМС-2-0/8000-1-N и -SMA рассчитаны на 1 Вт и для 2 Вт не годятся. При 2 Вт на входе на каждом выходе будет около 0,5 Вт, ещё 1 Вт рассеется в делителе. Если на самом деле сигнал начинается от сотен мегагерц и важна развязка, лучше KADAMM ДМС-2-200/6000-30-N: −5,2 дБ на выход, развязка 18 дБ, 30 Вт. Все модели на два выхода — в разделе «Делители мощности СВЧ и сумматоры», а делители для систем DAS — в разделе «Сплиттеры (делители мощности)».
Свободный выход делителя нагружают согласованной нагрузкой 50 Ом: открытый порт у Уилкинсона перегружает резистор, а у резистивного делителя меняет уровень и согласование остальных портов (как выбрать нагрузку).
Делители мощности KADAMM на два выхода
