Делители мощности (Power Dividers)

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.