Что такое направленный ответвитель
Направленный ответвитель — пассивное СВЧ-устройство, которое отводит часть энергии, распространяющейся по линии передачи, в отдельный порт. В классификации ГОСТ 15094-69 такие изделия выделены в вид Э5 «Направленные ответвители». Слово «направленный» здесь главное: отвод откликается на волну, бегущую в одну сторону, и почти не реагирует на встречную.
На практике это небольшой металлический корпус с тремя или четырьмя коаксиальными соединителями. Два из них включаются в разрыв кабеля, через них проходит основной сигнал. Третий — отвод, на нём появляется ослабленная копия сигнала. Четвёртый порт, если он выведен, принимает энергию встречной волны; в трёхпортовых исполнениях его закрывает согласованная нагрузка внутри корпуса.
Принцип работы: четыре порта и две волны
Внутри ответвителя проходят две линии, расположенные близко друг к другу на определённом участке. Электромагнитное поле основной линии наводит волну в соседней, причём наведённая волна бежит в сторону, которая определяется направлением исходной. Конструкцию подбирают так, чтобы наведённые составляющие складывались в порту отвода и взаимно гасились в развязанном порту.
Прямая волна
Сигнал, поданный на вход 1, почти целиком выходит через порт 2. Небольшая доля, заданная номиналом, попадает на отвод 3. В развязанный порт 4 от прямой волны приходит лишь остаток, ослабленный на величину развязки.
Отражённая волна
Если нагрузка на выходе 2 согласована не идеально, часть мощности возвращается обратно. Для этой встречной волны роли портов меняются: её доля уходит в порт 4, а на отводе 3 появляется только то, что не удалось подавить. Именно поэтому по отводу можно измерять мощность, идущую в антенну, а по порту 4 — отражённую.
Взаимность
Ответвитель — взаимное устройство: при перестановке входа и выхода отвод начнёт показывать встречную волну. На корпусе поэтому всегда отмечены вход и выход, и при монтаже их не путают.
Параметры в паспорте
Любой паспорт направленного ответвителя сводится к нескольким величинам. Все они выражаются в децибелах через отношение мощностей: L = 10·lg(P1/P2), где P1 — мощность на входе, P2 — в интересующем порту.
| Параметр | Что показывает | Как считают |
|---|---|---|
| Переходное ослабление (связь) | во сколько раз сигнал на отводе слабее входного | C = 10·lg(P1/P3) |
| Направленность | насколько отвод откликается на прямую волну сильнее, чем на встречную | D = 10·lg(P3/P4) при одинаковой мощности волн |
| Развязка | ослабление между входом и развязанным портом | I = C + D |
| Вносимые потери | сколько теряет основная линия от входа до выхода | 10·lg(P1/P2) |
| Возвратные потери, КСВН | качество согласования портов с линией 50 Ом | RL = −20·lg|Г| |
| Интермодуляция PIM3 | уровень паразитных продуктов при двух мощных несущих | в dBc относительно несущей |
Переходное ослабление и допуск
Номинал указывается вместе с допуском. Связь меняется с частотой, и в широкополосном изделии на краях полосы отклонение больше, чем в середине. Например, у серии КАДАММ НО-340/2700К допуск составляет ±1,0…±1,4 дБ (550–2700 МГц), ±1,3…±1,8 дБ (340–550 МГц). При расчёте уровней по цепочке антенн этот запас стоит закладывать.
Развязка и направленность
Эти величины часто путают. Развязка — то, что реально измеряется между входом и развязанным портом, направленность — разница между развязкой и связью. При связи 20 дБ и развязке 45 дБ направленность равна 25 дБ. Высокая развязка при большом номинале ещё не означает хорошей направленности.
Вносимые потери
Потери основной линии складываются из двух частей. Первая неизбежна: мощность, ушедшая в отвод, до выхода не доходит. Вторая — потери в самом изделии: в проводниках, диэлектрике и соединителях. В паспорте указывают общую величину.
Доля мощности на отводе и потери магистрали
Долю мощности, уходящей в отвод, находят из номинала: k = 10^(−C/10). Потеря основной линии только из-за отбора мощности равна −10·lg(1 − k). Таблица посчитана по этим формулам для номиналов, которые есть в наших сериях.
| Номинал | На отводе | Проходит дальше | Потеря линии от отбора |
|---|---|---|---|
| 5 дБ | 31,6 % | 68,4 % | 1,65 дБ |
| 6 дБ | 25,1 % | 74,9 % | 1,26 дБ |
| 7 дБ | 20,0 % | 80,0 % | 0,97 дБ |
| 8 дБ | 15,8 % | 84,2 % | 0,75 дБ |
| 10 дБ | 10,0 % | 90,0 % | 0,46 дБ |
| 13 дБ | 5,0 % | 95,0 % | 0,22 дБ |
| 15 дБ | 3,2 % | 96,8 % | 0,14 дБ |
| 20 дБ | 1,00 % | 99,00 % | 0,044 дБ |
| 30 дБ | 0,10 % | 99,90 % | 0,004 дБ |
| 40 дБ | 0,01 % | 99,99 % | 0,000 дБ |
Сравнение с паспортом показывает вклад самого изделия. Для номинала 5 дБ отбор мощности даёт 1,65 дБ, а вносимые потери исполнения КАДАММ НО-5-340/2700К по паспорту — менее 2,4 дБ: разница — это потери в проводниках, соединителях и допуск. При 30 дБ отбор почти ничего не значит (0,004 дБ), и основную часть потерь составляет сам корпус: у КАДАММ НО-30-340/2700К это менее 0,3 дБ.
Пример: уровень на контрольном порту
Передатчик выдаёт 20 Вт, это 43 дБм. На отводе ответвителя 30 дБ будет 13 дБм, на отводе 40 дБ — 3 дБм. Прежде чем выбрать номинал, сверьте этот уровень с допустимым входом измерителя мощности или анализатора; если запаса нет, между отводом и прибором ставят аттенюатор.
Направленность и точность измерений
Когда по отводу измеряют мощность, идущую в антенну, на результат влияет просочившаяся отражённая волна. Она приходит на отвод ослабленной на возвратные потери нагрузки плюс направленность и складывается с полезным сигналом то в фазе, то в противофазе. Возникает погрешность, которую легко оценить.
Возьмём антенну с КСВН 1,5: её возвратные потери около 14 дБ. В таблице — диапазон ошибки показаний для ответвителей с разной направленностью.
| Направленность | Отражённая волна на отводе ниже полезной на | Погрешность показаний |
|---|---|---|
| 10 дБ | 24 дБ | +0,53 / -0,57 дБ |
| 20 дБ | 34 дБ | +0,17 / -0,18 дБ |
| 25 дБ | 39 дБ | +0,10 / -0,10 дБ |
| 35 дБ | 49 дБ | +0,03 / -0,03 дБ |
Вывод простой: для раздачи мощности по антеннам направленность вторична, а для контроля передатчика и поиска неисправностей в фидере её стоит выбирать с запасом. В паспорте её не всегда пишут напрямую: у серии КАДАММ НО-340/2700К нормирована изоляция — более 25…более 50 дБ (растёт с номиналом связи). Направленность из неё получают, вычитая номинал связи.
Коаксиальные, микрополосковые и волноводные
По конструкции линий ответвители делят на три большие группы. Выбор между ними определяется частотой, мощностью и тем, где устройство стоит — в кабельном тракте, на плате или в волноводе.
Коаксиальные
Отдельный корпус с коаксиальными соединителями, который включается в кабель. Это основной тип для сотовых сетей, распределённых антенных систем и измерительных стендов: широкая полоса, мощность в сотни ватт, нормированная интермодуляция, уличные корпуса. Все наши серии НО и ДН — коаксиальные.
Микрополосковые
Связанные полоски на печатной плате. Их встраивают в модули: усилители, приёмники, датчики мощности. Они компактны и дёшевы в серии, но рассчитаны на малую мощность и отдельно в кабельный тракт не ставятся.
Волноводные
Применяются там, где энергия передаётся по волноводу: в радиолокации, радиорелейных линиях, мощных передатчиках высоких частот. Работают в пределах полосы своего волновода и выдерживают большую мощность.
Ответвитель, таппер, делитель и мост 3 дБ
В проектах распределённых сетей эти четыре устройства стоят рядом, и их легко перепутать.
| Устройство | Как делит мощность | Когда ставят |
|---|---|---|
| Направленный ответвитель | малая заданная доля в отвод, основная часть дальше | контрольные порты, цепочки антенн |
| Таппер | то же, номинал записан отношением, например 10:1 | цепочки антенн, когда проект посчитан в отношениях |
| Делитель мощности | поровну между 2, 3 или 4 выходами | ветвление на равнозначные антенны |
| Гибридный мост 3 дБ | пополам между двумя выходами с развязкой входов | объединение двух передатчиков в общий тракт |
Ответвитель с номиналом 3 дБ формально тоже делит мощность пополам. Такое исполнение есть и у нас — КАДАММ НО-3-698/3800: потери в нём менее 3,5 дБ, изоляция более 20 дБ.
Серии, о которых идёт речь, и таблица выбора по задачам — в разделе «Направленные ответвители мощности».
Где применяют
Распределённые антенные системы
В протяжённой линии — коридоре, паркинге, тоннеле — антенны стоят одна за другой. Ответвитель у каждой антенны отдаёт ей нужную долю, а остальное передаёт дальше. Номиналы подбирают так, чтобы ближние к источнику антенны получали столько же, сколько дальние.
Контроль передатчика и фидера
Ответвитель с номиналом 30–40 дБ ставится на выходе базовой станции или ретранслятора постоянно. К отводу подключают датчик мощности или систему мониторинга, и тракт не приходится разбирать для каждой проверки.
Измерительные стенды и испытания
В лаборатории и на пусконаладке ответвитель позволяет наблюдать сигнал анализатором спектра при работающем передатчике, не нагружая прибор полной мощностью.
Как выбрать: шесть вопросов
- Какие частоты идут по линии? Полоса ответвителя должна перекрывать все системы в кабеле с запасом, включая перспективные диапазоны.
- Зачем нужен отвод? Для раздачи — 5–10 дБ, для контроля — 20–40 дБ.
- Какой уровень нужен на отводе? Посчитайте от мощности источника и сверьте со входом прибора или антенны.
- Какая мощность проходит? Сравните среднюю и пиковую мощность тракта с паспортом и возьмите запас.
- Сколько операторов в тракте? Для общих линий нужна нормированная интермодуляция.
- Где будет стоять корпус? Степень защиты, климатическое исполнение и тип соединителей под существующий тракт.
Типичные ошибки
- Перепутаны вход и выход: отвод показывает отражённую волну вместо прямой.
- Свободный отвод оставлен открытым: отражение от него портит направленность; порт закрывают нагрузкой 50 Ом.
- Номинал выбран без расчёта: на дальних антеннах уровня не хватает, на ближних он избыточен.
- Контрольный порт подключён к прибору без проверки уровня: вход прибора перегружен.
- Не учтён допуск связи на краях полосы: расчёт цепочки расходится с измерениями.
Серии KADAMM
Мы производим десять серий коаксиальных направленных ответвителей, равноплечий ответвитель 3 дБ и шесть серий тапперов ДН. Ниже — ответвители НО с рабочими полосами.
| Серия | Полоса | Назначение | Страница |
|---|---|---|---|
| КАДАММ НО-340/2700К | 340–2700 МГц | УКВ и сотовые диапазоны до 2,7 ГГц | Открыть |
| КАДАММ НО-340/3800К | 340–3800 МГц | от УКВ до 5G 3,8 ГГц | Открыть |
| КАДАММ НО-340/2700-С | 340–2700 МГц | УКВ и сотовые до 2,7 ГГц, 4.3-10, 300 Вт | Открыть |
| КАДАММ НО-340/3800-С | 340–3800 МГц | от УКВ до 5G 3,8 ГГц, 4.3-10, 300 Вт | Открыть |
| КАДАММ НО-550/4000 | 550–4000 МГц | сотовые диапазоны до 4 ГГц | Открыть |
| КАДАММ НО-550/6000 | 550–6000 МГц | до 6 ГГц, включая Wi-Fi 5 ГГц | Открыть |
| КАДАММ НО-575/3800 | 575–3800 МГц | сотовые диапазоны и 5G 3,5 ГГц | Открыть |
| КАДАММ НО-617/4200 | 617–4200 МГц | сотовые диапазоны и 5G до 4,2 ГГц | Открыть |
| КАДАММ НО-698/3800 | 698–3800 МГц | сотовые диапазоны и 5G 3,5 ГГц | Открыть |
| КАДАММ НО-698/4000 | 698–4000 МГц | сотовые диапазоны до 4 ГГц | Открыть |
| КАДАММ НО-3-698/3800 | 698–3800 МГц | равноплечий 3 дБ, деление пополам | Открыть |
