Как следует из самого названия делителя, он делит, а в случае с
системами связи и передачи данных делит сигналы на выходе из
фильтров, в том числе и для передачи на антенну. Общее название
группы таких устройств, осуществляющих разделение потока мощности
сигнала, поступающего на вход (входной порт), между несколькими
выходами (портами) и (или) объединяющего такие потоки мощности с
нескольких входов в одном выходе, без изменения фазы и других
параметров этого сигнала – делители мощности.
В зависимости от количества выходов делители мощности подразделяют
на двух-, трех-, четырех- и восьмиполюсники, общее название для
которых - многополюсники.
Рисунок 1. Делитель мощности Уилкинсона
Рассмотрим работу делителей мощности на примере делителя Уилкинсона
(см. рис. 1). В приведенной на рисунке схеме делитель Уилкинсона
сохранит в высокочастотной системе согласованный импеданс 50 Ом,
если характеристическое или волновое полное сопротивление на выходах
будет
Z0
= 50 Ом, а сопротивление каждого из четвертьволновых волноводов по
70,7 Ом и параллельно выходам подключено сопротивление 100 Ом.
Рисунок 2. АЧХ сигнала на входе делителя Рисунок 3. АЧХ сигнала
на выходе делителя
Как следует из рисунков 2 и 3, если на вход двухполюсного делителя
подается сигнал с уровнем мощности 0 дБм, то на каждом выходе по
расчетам он будет -3 дБм, то есть в два раза меньше. Поэтому такой
делитель называют делитель мощности на -3 дБм. Какова мощность
сигнала будет на выходах четырехполюсника? Поскольку четырехполюсный
делитель можно рассматривать как два двухполюсника, соответственно
уровень мощности будет в четыре раза меньше входного уровня, то есть
-6 дБ. Точно также можно рассчитать потери мощности на восьми
выходах, которые будут в восемь раз больше, то есть -9 дБм.
Что произойдет, если сопротивление в четвертьволновых волноводах
будет разное? Например, в одном 70,7 Ом, а в другом 35 Ом. Очевидно,
что в волноводе с меньшим сопротивлением, ток, а следовательно, и
мощность сигнала будет выше примерно в два раза. Такие
несимметричные делители также применяются на практике.
Делитель мощности может работать и в обратную сторону. При этом он
становится другим устройством, которое называют сумматором. Сумматор
служит для выполнения операции, противоположной делителю: объединяет
сигналы, поступающие, например, на два входа и складывает их
мощности.
Сигнал на выходе будет сильно различаться в зависимости от
параметров сигналов, поступающих на входы сумматора. Если они имеют
одинаковую частоту, их мощности складываются (см. рис. 4, 5, 6).
Рис. 4
Рис. 5
Рис. 6
Если частота сигналов, поступающих на вход, разная, то на выходе мы
получим два сигнала с теми же частотами (см. рис. 7, 8, 9).
Рис. 7
Рис. 8
Рис. 9
Основными параметрами, они же критерии выбора делителя мощности,
являются возвратные и вносимые потери, как и во всех других
компонентах высокочастотных систем.
Вернемся к делителю мощности Уилкинсона (рис. 10). Возвратные потери
этого делителя определяются параметрами
S11,
S22
и
S33,
которые должны быть не более -20 дБ. В симметричном делителе с двумя
выходами еще следует учесть параметры
S21
и
S31,
которые должны быть порядка -3 дБм с небольшими дополнительными
потерями в волноводах.
Рисунок 10. Делитель мощности Уилкинсона
Еще один важный параметр делителя – это коэффициент развязки. В
нашем случае, это развязка портов № 2 и № 3. При работе делителя как
сумматора, сигналы, поступающие на эти выходы, в этом случае
функционирующие как входы, могут интерферировать между собой, если
не будут изолированы друг от друга. Стандартный коэффициент развязки
(S23, S32) должен быть не менее -18 дБм.
В настоящее время для разделения сигналов приема и передачи
телекоммуникационных систем производятся делители мощностью от 100
Вт и выше. |