Согласованная нагрузка 50 Ом и эквивалент антенны: зачем нужна и какую выбрать

Что такое согласованная нагрузка

Согласованная нагрузка — это оконечное устройство, сопротивление которого равно волновому сопротивлению линии. В трактах сотовой связи это 50 Ом. Вся мощность, дошедшая до такой нагрузки, поглощается и переходит в тепло, а обратно не возвращается ничего. В этом и состоит согласованный режим: линия «не видит» конца, для неё нагрузка выглядит как продолжение кабеля.

Если условие нарушено, часть волны отражается. Отражённая волна складывается с прямой, в линии появляется стоячая волна, и её характеризуют коэффициентом стоячей волны — КСВН. Крайние случаи — открытый порт и короткое замыкание: отражается вся мощность. Нагрузки КАДАММ (KADAMM) имеют возвратные потери 17–21 дБ по полосе и мощности, то есть обратно уходит не более 1–2 % мощности.

Правильное название устройства — согласованная нагрузка; в обиходе её называют эквивалентом антенны (маломощную — терминатором). Разница только в задаче и мощности: маломощную нагрузку на порт измерительного прибора (в разговоре — терминатор) ставят на резервные входы и измерительные порты, эквивалент антенны — мощная нагрузка, которая заменяет антенну при настройке передатчика. Устройство при этом одно и то же: резистивный поглотитель в коаксиальном корпусе. «Заглушкой» у производителей называют другое изделие — защитный колпачок на соединитель, мощность он не поглощает.

Где нагрузка стоит в тракте DAS

В распределённой антенной системе пассивные узлы почти всегда имеют больше портов, чем задействовано. Гибридный мост 2×2 отдаёт сигнал на два выхода, даже если антенна одна. Делитель на четыре выхода при трёх антеннах оставляет один порт свободным. В точке объединения интерфейсов часть входов резервируют под оператора, который придёт позже. Каждый такой порт закрывают нагрузкой.

Правило простое: порт, к которому ничего не подключено, должен быть закрыт. Иначе отражённая волна возвращается в узел, портит согласование остальных плеч и ухудшает развязку между ними. У гибридного моста открытый выход дополнительно ломает баланс схемы: развязка между входами падает, и передатчики начинают «слышать» друг друга.

Эквивалент антенны: настройка передатчика без выхода в эфир

Вторая классическая задача — заменить антенну на время работ. Передатчик включают на нагрузку, измеряют выходную мощность, проверяют спектр и стабильность, не создавая помех в эфире и не облучая людей на площадке. В этом режиме нагрузка должна принять полную мощность передатчика и держать её долго, поэтому эквивалент антенны всегда мощнее, чем нагрузка на порт делителя.

Мощный ряд серий КАДАММ НС-4000 и КАДАММ НС-6000 заканчивается исполнением на 200 Вт с радиатором 200 × 176 мм. Маломощные исполнения на 2 и 5 Вт — это компактный цилиндр диаметром 22 мм, который накручивается прямо на порт. Между ними ступени 10, 25, 50 и 100 Вт: ряд подобран так, чтобы под любой узел нашлась нагрузка без большого перерасхода по габаритам.

Заодно эквивалент антенны помогает разделить проблему. Если с антенной КСВН высокий, а с нагрузкой в норме — дело в антенне или фидере, а не в передатчике. Как читать эти измерения, разобрано в статье о КСВН, вносимом ослаблении и развязке.

Как выбрать мощность нагрузки

Мощность нагрузки — это не мощность передатчика, а та доля, которая реально придёт на порт. Считают в три шага: определяют мощность на входе узла, делят по схеме узла, добавляют запас на нагрев.

• Шаг 1. Мощность на входе. Берут среднюю мощность всех передатчиков, работающих через узел. Пиковая важна только для проверки по паспорту изделия.
• Шаг 2. Доля порта. У моста 2×2 — половина суммы входов, у делителя на 4 — четверть, у ответвителя — доля по номиналу связи.
• Шаг 3. Запас. Не меньше 30 % сверх расчёта, а в закрытом шкафу без вентиляции — вдвое: нагрузка рассеивает всю принятую мощность в тепло на своём корпусе.

Low-PIM: когда обычная нагрузка портит связь

Пассивный элемент не должен создавать сигналов. На практике нелинейности в контактах, окислы и ферромагнитные покрытия превращают его в слабый смеситель: при двух мощных несущих на выходе появляются продукты пассивной интермодуляции. Если такой продукт попадает в полосу приёма, чувствительность базовой станции падает, и найти причину сложно — активное оборудование исправно.

Поэтому серии различаются по интермодуляции. У КАДАММ НС-4000 и КАДАММ НС-6000 нормируется уровень не выше −105 дБн: этого достаточно для измерений, стендов и однооператорных цепей. У КАДАММ НСП-4000 и КАДАММ НСП-6000 уровень не выше −160 дБн — это исполнения для передающих трактов, где одновременно работают несколько несущих. В многооператорной системе нагрузка без нормированного PIM на свободном порту моста способна испортить приём всем операторам сразу. Механизм разобран в статье о пассивной интермодуляции.

Разница по мощностному ряду: серии НС начинаются с 2 Вт, серии НСП — с 5 Вт. По полосе есть варианты до 4000 и до 6000 МГц: первый закрывает все сотовые диапазоны вместе с 5G на 3,5 ГГц, второй нужен, когда в тракте есть Wi-Fi 5 ГГц.

Разъёмы, монтаж и климат

Нагрузка должна накручиваться на порт без переходников: розетка на вилку и наоборот. В сериях есть все шесть сочетаний — N, 4.3-10 и 7-16, розетка и вилка. Лишний переходник добавляет потери и ещё одно соединение, которое со временем окисляется и становится источником интермодуляции. Какой тип где применяют, описано в статье о ВЧ-соединителях.

Корпуса рассчитаны на улицу: класс защиты IP65, климатическое исполнение УХЛ1 по ГОСТ 15150-69. Маломощные исполнения ставят прямо на порт, мощные — крепят на стену или раму шкафа. Терминология параметров — по ГОСТ 18238-72.

Частые ошибки

• Нагрузка на 75 Ом. Телевизионная нагрузка (терминатор) в 50-омном тракте сама создаёт рассогласование с КСВН около 1,5. Проверяйте номинал, а не только резьбу разъёма.
• Нагрузка «впритык» по мощности. Расчётные 40 Вт на изделии, рассчитанном ровно на 40 Вт, не оставляют запаса на летнюю жару и закрытый шкаф.
• Открытый порт «временно». Временная схема живёт годами; порт без нагрузки портит развязку и согласование всего узла всё это время.
• Обычная нагрузка в многооператорном тракте. Исполнение с интермодуляцией −105 дБн на выходе моста, через который идут несущие двух операторов, даёт помеху в полосе приёма.
• Нагрузка вместо аттенюатора. Нагрузка поглощает всё и никуда не пропускает сигнал. Если сигнал нужен дальше, но с меньшим уровнем, ставят аттенюатор.

Согласованные нагрузки КАДАММ

Четыре серии: две общего назначения и две с низкой интермодуляцией, по две полосы в каждой паре. Внутри серии выбирают мощность и разъём.

КАДАММ НС-4000

Нагрузка коаксиальная DC–4000 МГц

Мощности 2, 5, 10, 25, 50, 100 и 200 Вт, возвратные потери ≥21 дБ во всей полосе, PIM не выше −105 дБн, IP65.

Открыть карточку

КАДАММ НС-6000

Нагрузка коаксиальная DC–6000 МГц

Тот же ряд мощностей до 200 Вт с полосой до 6 ГГц: тракты с Wi-Fi 5 ГГц и измерительные стенды.

Открыть карточку

КАДАММ НСП-4000

Нагрузка Low-PIM DC–4000 МГц

Мощности 5, 25, 50, 100 и 200 Вт, интермодуляция не выше −160 дБн. Для передающих трактов DAS.

Открыть карточку

КАДАММ НСП-6000

Нагрузка Low-PIM DC–6000 МГц

Полоса до 6 ГГц и PIM −160 дБн: многооператорные тракты с диапазоном 5 ГГц.

Открыть карточку

КАДАММ АТ-4000

Аттенюатор коаксиальный DC–4000 МГц

Когда сигнал нужен дальше, но слабее: номиналы 3–40 дБ, мощности 2–200 Вт.

Открыть карточку

КАДАММ ГМ-2х2-698/4000

Гибридный мост 2×2, 698–4000 МГц

Типовой узел, где свободный выход обязательно закрывают нагрузкой на половину входной мощности.

Открыть карточку

Что брать под задачу

Согласованные нагрузки купить можно по любой позиции линейки; полный список с документацией — в разделе согласованных нагрузок. Что и за что отвечает в остальной пассивной части тракта, собрано в обзоре пассивных компонентов DAS.