Диплексер что это такое
Для чего нужны диплексеры?
Для чего нужны диплексеры? Чем диплексеры отличаются от делителей и гибридных комбайнеров?
В системах усиления сотовой связи используются разнообразные вспомогательные комплектующие, необходимые для коммутации активного оборудования и организации оптимальных ВЧ-трактов. При усилении сигнала на крупном объекте — в частном доме, бизнес-центре, ТРК или на предприятии — практически всегда встает необходимость разделить один источник сигнала на несколько «ветвей» или передать сигнал от нескольких ВЧ-источников по одной кабельной трассе. Здесь и приходят на помощь специальные устройства — делители, диплексеры и комбайнеры.
Что такое диплексер?
Диплексер — это пассивное устройство, выполняющее мультиплексирование (объединение) и демультиплексирование (разделение) ВЧ-сигнала по частотам. За счет высокочувствительных фильтров диплексер «разводит» исходный сигнал по разным трактам, как бы «вычленяя» отдельные частоты из общего потока. При этом диплексеры работают в оба направления: разделяя в одном, они объединяют в другом.
Предположим, что от широкополосной антенны на вход диплексера 900 / 2100 поступают радиосигналы на частотах сотовой связи. Диплексер с минимальными потерями выделяет из общего потока сигналы 900 МГц и 2100 МГц и перенаправляет их на соответствующие частотно-избирательные выходы. В результате на выходе №1 диплексера будет доступен только сигнал 900 МГц, а на выходе №2 — только сигнал 2100 МГц.
В обратном направлении этот диплексер объединяет поступающие сигналы: потоки 900 и 2100 МГц снова сливаются в один тракт, который доступен на широкополосном разъеме.
На рынке представлено множество моделей диплексеров, рассчитанных на работу с двумя, тремя, четырьмя и большим количеством частотных диапазонов. Обычно диплексеры с тремя выходами называются триплексерами, а с четырьмя — квадплексерами или квадруплексерами.
Чем диплексер отличается от обычного делителя?
Диплексеры — достаточно дорогостоящие и сложные устройства, которые применяются при повышенных требованиях к качеству системы усиления сотовой связи. Гораздо чаще используются делители мощности (сплиттеры). В отличие от диплексеров, они не фильтруют сигнал, а просто делят его на определенное число выходов. В результате на каждом выходе наблюдается падение мощности сигнала. Делители широко используются, когда система усиления сотовой связи не требует фильтрации по частоте, а потерями мощности на делении можно пренебречь.
Как и диплексеры, делители являются взаимными устройствами: разделяя сигнал по мощности в одном направлении, они суммируют входящие сигналы в обратном. Поэтому делители часто называют сумматорами: это две стороны одной медали.
Узнать подробнее о делителях (сплиттерах) можно в нашей отдельной статье: «Делители сигнала (сплиттеры): характеристики и назначение».
Что такое комбайнер и гибридный комбайнер?
Также в интернете часто можно встретить такое понятие, как комбайнер. Этот термин часто употребляется произвольно и может означать как диплексер, так и любой сумматор или делитель сигнала. Если вы столкнулись с «комбайнером», то лучше уточните, какое именно устройство имеет в виду производитель!
Отдельным типом устройств являются гибридные комбайнеры. В отличие от диплексеров и делителей, они имеют 2 входа и 2 выхода. Особенностью гибридного комбайнера является то, что он работает со смещением фазы сигнала (90° или 180° в зависимости от модели) и может использоваться сразу в трех сценариях:
Гибридный комбайнер — крайне узкоспециализированное устройство, которое не следует путать с бытовыми ВЧ-делителями и диплексерами!
Для чего нужны диплексеры?
Как мы выяснили, диплексер не просто разделяет сигнал на несколько частей, но фильтрует его, благодаря чему исходная мощность практически не теряется. Конечно, полностью исключить потерю мощности невозможно: она неизбежно возникает на разъемах и соединениях в процессе коммутации. Тем не менее, качественный диплексер обеспечивает потерю не более 1 дБ, а часто и меньше (около 0,3–0,8 дБ в зависимости от частоты).
Для сравнения, потери на делении при использовании обычного делителя составляют 3 дБ при разделении сигнала на две части, 5 дБ при делении на три части и 6 дБ при делении на четыре части. И это не считая вносимых потерь на разъемах и соединениях!
Обладая рядом очевидных преимуществ, диплексеры, тем не менее, ограничены более узкой сферой применения и должны использоваться только в тех случаях, когда требуется фильтрация сигнала по частоте. Чаще всего эти устройства используются в составе базовых станций сотовых операторов, реже — в системах усиления сотовой связи.
Приведем наиболее частые случаи использования диплексеров:
Как видно из вышеприведенных примеров, основной смысл использования диплексеров заключается в сокращении потерь на делении. В каждом из описанных сценариев можно использовать и обычный делитель, но в этом случае произойдет нежелательное деление по мощности.
Когда диплексеры используются в системах усиления сотовой связи?
Иногда диплексеры применяются и в бытовых системах усиления сотовой связи на основе репитеров, 3G/4G-роутеров и модемов. Основное назначение диплексера в данном случае — «развести» разные стандарты сотовой связи по разным устройствам или помещениям.
Например, в месте установки системы усиления внешняя антенна принимает сигнал GSM-900 (классическая голосовая связь), UMTS-2100 (голосовая связь и интернет 3G) и LTE1800 (4G-интернет). Установив диплексер, вы сможете отдельно усилить GSM-связь с помощью репитера в подвальном помещении (где не нужен интернет), а 3G-связь с помощью репитера в жилых комнатах (где нужна и голосовая связь, и интернет). Наконец, 4G-сигнал можно будет направить на совместимый 4G-роутер для дальнейшей «раздачи» мобильного интернета по WiFi. Такая система усиления обеспечит наилучшее качество связи с минимальными потерями!
Диплексеры Baltic Signal
Baltic Signal — отечественный завод, специализирующийся на разработке и изготовлении оборудования для усиления сотовой связи. Бренд Baltic Signal широко известен своей надежностью, долговечностью и отказоустойчивостью. Устройства российского производства имеют длительную гарантию, качественное обслуживание и оперативную замену/ремонт в случае выхода из строя.
В ассортименте Baltic Signal имеются диплексеры ВЧ-сигнала с самыми востребованными сочетаниями частотных диапазонов!
Диплексер как элемент волноводного тракта: особенности, назначение, преимущества
Что такое диплексер
Устройство пассивного типа, осуществляющее мультиплексирование (объединение) и демультиплексирование (разделение) сигнала ВЧ по частотам.
Диплексер выступает основным элементом при конструировании частотно‑разделительных приборов, оснащенных любым количеством каналов. Устройство объединяет два порта в один, однако может быть использовано более двух портов (триплексер, квадриплексер).
Назначение диплексера
Прибор распределяет исходный сигнал по имеющимся разным трактам, «выбирая» из общего потока отдельные частоты. Работа диплексера sat tv производится двунаправленно — с разделением в одном направлении и объединением в другом.
При использовании диплексера необходимо различие сигналов по частоте для их обработки другими фильтрующими компонентами. Устройство не просто разделяет сигнал на несколько частей, но и осуществляет его фильтрацию, благодаря чему показатели исходной мощности практически не снижаются (потери составляют не более 1 дБ).
Диплексер применяется в следующих случаях:
1. Использование нескольких однодиапазонных приемопередающих устройств с одной широкополосной антенной. Диплексер позволит передать сигнал от тарелки до каждого из приемных устройств с минимальными потерями;
2. Применение нескольких тарелок узкого диапазона с одним приемопередающим устройством. Сигнал от тарелок объединяется в один тракт, а обратное направление подразумевает разведение по антеннам при минимальных потерях;
3. Установка мультидиапазонных устройств с двух сторон тракта ВЧ. Двухстороннее использование диплексеров обеспечивает передачу сигнала, включающего несколько диапазонов частот, по одной кабельной трассе.
Диплексеры и их главные особенности
Оформите заявку на сайте, мы свяжемся с вами в ближайшее время и ответим на все интересующие вопросы.
В системах улучшения и усиления мобильной связи сегодня применяются различные дополнительные элементы, которые нужны для коммутации активного оснащения, а также правильной организации высокочастотных трактов.
При повышении сигнала на большом объекте — в любом офисе, здании, доме либо на заводе — почти всегда возникает потребность разделить определенный источник сигнала на пару «ветвей» либо передать сигнал от ряда высокочастотных источников по единственной трассе для кабелей. В таком случае помочь смогут специальные приборы — диплексеры, а также делители и таинственные комбайнеры.
Особый прибор диплексер выполняет суммирование и разделение высокочастотного сигнала по различным частотам. Благодаря очень чувствительным фильтрам диплексер sat tv весь начальный сигнал разводит по различным трактам, будто выделяя из всего потока определенные частоты. Диплексеры функционируют в два разных направления: они полностью разделяют в одном направлении, и объединяют в другом.
На рынке в настоящее время представлен целый ряд разных моделей диплексеров, которые рассчитаны на полноценную работу с двумя, тремя, четырьмя и даже большим числом диапазонов частот.
Область применения различных современных диплексеров
Многие не понимают, для чего вообще необходимы данные странные устройства. Здесь все достаточно просто.
Полосовой диплексер и нч диплексер часто применяют в следующих случаях:
Из выше описанных примеров вполне понятно, что основной смысл применения диплексеров — максимальное уменьшение потерь на каждом делении. В каждом из таких случаев применять можно даже простой и стандартный делитель, однако в данной ситуации случится совершенно ненужное деление по общей мощности.
Делитель и диплексер: главные отличия
Диплексер-прибор на распределенных элементах — это дорогие приборы, которые используются при высоких требованиях к общему качеству усиления мобильной связи. Намного чаще применяются специальные делители мощности. Они, в полном отличие от современных диплексеров, никак не делают фильтрацию самого сигнала, а разделяют его на некоторое количество выходов. В итоге на каждом таком выходе можно наблюдать падение общей силы сигнала.
Делители применяются, когда механизм усиления мобильной связи не нуждается в специальной частотной фильтрации, и можно не обращать внимание на возможные потери силы.
Как и выше описанные диплексеры своими руками, делители можно назвать взаимными приборами. Они, разделяя сигнал по общей мощности в определенном направлении, соединяют все входящие сигналы непосредственно в обратном. Таким образом, делители называются сумматорами.
Диплексер и его ключевые отличия от комбайнера
Кроме того, в Сети на многих ресурсах встречается интересное понятие — так называемый комбайнер. Его регулярно употребляют совершенно по-разному, поэтому оно означать может и фильтр диплексер, и какой-то сумматор. При столкновении с комбайнером, рекомендуется обязательно узнать, какой же именно аппарат подразумевает сам изготовитель.
Таким образом, чтобы усилить мощность интернета, потребуется качественный диплексер. Для этого можно заказать услуги нашей компании. Мы работаем не только в городе Москва, но и по всей территории РФ.
Записки программиста
Рассчитываем, моделируем и паяем диплексер
Диплексер — это пассивное устройство с тремя ВЧ портами: S, L и H (sum, low, high). Сигнал менее некой заранее определенной частоты, поданный на S, выходит из диплексера через порт L. Если же частота выше, сигнал будет направлен в порт H. В обратном направлении диплексер тоже работает — сигналы с L и H попадают на порт S. В рамках этой замети мы выясним, в каких задачах используется диплексер, а также спроектируем и спаяем его.
Введение
Рассмотрим типичное использование диплексера. Допустим, у вас есть мачта. На ней установлено две антенны, одна на КВ, и вторая на УКВ. Антенны можно запитать каждую своим кабелем. Но если мачта стоит далеко от шека, то кабель нужен с низкими потерями, и обойдется он недешево. Диплексер позволяет воспользоваться одним кабелем, а сигнал разделить в зависимости от частоты как можно ближе к антеннам. А используя второй диплексер «задом наперед», в шеке сигнал можно разделить и подать на КВ и УКВ трансивер.
Вот еще пример. Вы проводите QSO через радиолюбительские спутники. Соответственно, в руках у вас траверса, а на ней два волновых канала — один на 145 МГц и второй на 435 МГц. Можно использовать две рации, каждая из которых подключена к своей антенне. Или обойтись одной рацией с антенным переключателем. Но намного удобнее и проще воспользоваться диплексером.
Не путайте диплексер с дуплексером. Несмотря на похожие названия, это два совершенно разных устройства. Диплексер работает на неком интервале частот и разделяет сигналы в зависимости от частоты. Дуплексер работает на одной частоте и разделяет сигналы в зависимости от направления — прием или передача. Дуплексеры часто используются в УКВ репитерах, где одна антенна используется на прием и на передачу. Притом, прием и передача ведутся одновременно. Соответственно, необходимо разделять сигнал от передатчика к антенне и от антенны к приемнику.
Дополнение: Диплексеры также используются вместо фильтров на выходе смесителя частот. Практический пример использования диплексера в данном случае описан в статье Самодельный апконвертер на 40 МГц.
Расчет и моделирование
Было решено делать диплексер, отделяющий частоты 1.8-30 МГц (КВ диапазоны) от частот 144-440 МГц (2 метра и 70 сантиметров). Схему и формулы можно найти в в разделе 10.10.5 третьего тома книги «The ARRL Handbook for Radio Communications 2019». Все расчеты, само собой разумеется, были автоматизированы на Python. Исходники вы найдете в этом репозитории на GitHub.
В качестве частоты среза (cutoff frequency) были выбраны 90 МГц:
L1 = 138.74 nH
L2 = 156.92 nH
L3 = 57.82 nH
C1 = 64.23 pF
C2 = 50.38 pF
L4 = 48.69 nH
L5 = 62.08 nH
C3 = 22.54 pF
C4 = 19.58 pF
C5 = 54.08 pF
Забиваем схему в LTspice, подогнав номиналы конденсаторов под те, что есть в наличии:
Важно! УКВ часть фильтра разорвана по постоянному току. Это необходимо учитывать в контексте защиты от статики. Антенна либо сама должна представлять собой КЗ по постоянке (например, J-антенна), либо быть закорочена при помощи четвертьволновой линии.
Модель говорит, что все должно работать:
Можно также проверить, что входной и выходной импеданс диплексера равны 50 Ом. Заинтересованным читателям предлагается сделать это в качестве упражнения. Исходники модели вы найдете в том же репозитории, что и Python-скрипт.
Паяем диплексер
У меня получился такой прототип:
Здесь использован так называемый ground-plane construction. Во-первых, совсем не хотелось разводить и травить плату. Во-вторых, было интересно, на каких частотах все сломается при использовании данного метода. Позже диплексер был помещен в металлический корпус Gainta BS35 и залит прозрачным компаундом ПК-68:
На свойствах диплексера это не отразилось.
Все конденсаторы — NP0 на 3 кВ. Катушки намотаны проволокой 0.9 мм на каркасе диаметром 3 мм. В качестве каркаса я использовал сверло для дрели. Число витков рассчитывалось по проверенному калькулятору coil32.ru. Я мотал на один виток больше, чем говорил калькулятор. Обычно индуктивность выходит чуть ниже расчетной. Если же индуктивность окажется выше требуемой, катушки можно растянуть.
Fun fact! Если в будущем что-то случится с coil32.ru, во все том же репозитории вы найдете его оффлайн-версию.
Можно заметить, что КВ и УКВ части диплексера разделены экранирующей перегородкой. Я не проверял, что будет, если убрать эту перегородку, но хуже она точно не делает. Расположение катушек выбиралось так, чтобы минимизировать взаимоиндукцию.
Пришло время проверить диплексер на анализаторе спектра:
Как говорится, первый блин — комом. Выше 150 МГц АЧХ диплексера оставляет желать лучшего. Не похоже, чтобы растягивание катушек, добавление экранов между компонентами, или какие-либо другие ухищрения сильно меняли ситуацию. Причина может заключаться в паразитных эффектах, вызванных сравнительно большой длиной соединений в цепи. Для решения этой проблемы нужно использовать поверхностный монтаж. Другая возможная причина заключается банально в номиналах компонентов. Подстроечные конденсаторы дали бы пару лишних степеней свободы, что позволило бы подправить АЧХ.
Важно! Для правильной работы диплексера необходима согласованная нагрузка на всех его портах. Не допускается использовать диплексер, один или несколько портов которого ни к чему не подключены.
На частотах до 150 МГц диплексер имеет небольшие потери в полосе пропускания и аттенюацию сигнала на «чужом» выходе не менее 43 dB:
АЧХ диплексера при прямом (S→L, S→H) и обратном (L→S, H→S) включении совершенно одинаковые, поэтому я привожу только одну пару графиков. Что считать прямым включением, а что обратным — условность, справедливая только в рамках этой статьи.
Изоляция между портами L и H тоже составляет не менее 43 dB:
Допустим, нас интересует мощность не более 100 Вт, или 50 dBm. Тогда в худшем случае куда не следует просочится 7 dBm, или 0.005 Вт. Это безопасно для RTL-SDR v3 с его максимально допустимой входной мощностью 10 dBm. Тем более 7 dBm не напугают ни анализатор спектра, ни радиолюбительский трансивер.
Проверим также КСВ диплексера:
Графики были получены при помощи антенного анализатора FAA-450. Как можно видеть, КСВ не превышает 1.2 ни в одном из интересующих нас диапазонов. Как и АЧХ, графики совершенно одинаковые при прямом и обратном включении, поэтому дважды я их не привожу.
Тестирование на эквивалентах нагрузки с мощностью 100 Вт на КВ и 50 Вт на УКВ прошли без проблем. В диплексере нигде ничего не греется и не искрит. Тестовые радиосвязи были проведены в диапазоне 20 метров в телеграфе, а также в диапазоне 2 метра в частотной модуляции. Они прошли без проблем.
Заключение
Самым неожиданным для меня оказалось то, что диплексер не пришлось подстраивать. При изменении в разумных пределах номиналов компонентов может немного сместиться частота среза. Но не похоже, чтобы при этом страдали прочие свойства.
В диапазоне 70 сантиметров было получено 1.5 dB потерь. Меня это не сильно расстраивает, поскольку на 435 МГц я работаю крайне редко. Как-нибудь стоит сделать такой же диплексер, но на SMD компонентах и с подстроечными конденсаторами. Интересно будет сравнить результаты.
А доводилось ли вам паять диплексеры, и если да, то все ли получилось с первого раза?
Диплексер
Обычно сигнал на порте L будет занимать одну низкочастотную полосу, а сигнал на порту H будет занимать более высокую полосу частот. В этой ситуации диплексер состоит из фильтра нижних частот, соединяющего порты L и S, и фильтра верхних частот, соединяющего порты H и S. В идеале, вся мощность сигнала нижнего диапазона на порте L передается на порт S и наоборот. Вся мощность сигнала диапазона высоких частот через порт H передается на порт S и наоборот. В идеале разделение сигналов полное. Ни один сигнал диапазона низких частот не передается из порта L в порт H. В реальном мире часть мощности будет потеряна, а часть мощности сигнала попадет в неправильный порт.
Диплексер, будучи пассивным устройством, обычно является взаимным: само устройство не имеет понятия ввода или вывода. Однако плохо спроектированные диплексеры могут иметь разный импеданс на разных портах, поэтому не следует просто предполагать, что любое такое устройство полностью взаимно, если это не указано или не измерены возвратные потери.
СОДЕРЖАНИЕ
Обычное использование [ править ]
Диплексер позволяет двум различным устройствам использовать общий канал связи. Обычно канал представляет собой длинный коаксиальный кабель, и на обоих концах коаксиального кабеля часто используется диплексер. План осуществим, если два устройства будут работать на разных частотах. План экономичен, если диплексеры стоят меньше, чем второй кабель.
Диплексеры обычно используются с радиоприемниками или передатчиками в разных, широко разделенных полосах частот. Единственная городская радиовышка может иметь антенну полицейского управления на частоте 460 МГц и антенну пожарной части на частоте 156 МГц. Диплексер наверху объединяет сигналы двух антенн в одну коаксиальную фидерную линию, а второй идентичный диплексер внутри здания разделяет фидерные сигналы к двум диспетчерским радиостанциям. Некоторые диплексеры поддерживают до четырех антенн или радиоприемников, работающих в разных радиодиапазонах.
Диплексеры также обычно используются там, где на вышке используется многодиапазонная антенна с общим фидером. Диплексер разделит два диапазона внутри здания (например, системы VHF и UHF, объединенные с диплексером на общую антенну).
Промышленное применение [ править ]
Обычно с многодиапазонной антенной используемые частоты будут иметь нечетные гармонические отношения друг с другом, чтобы использовать преимущества естественных гармонических резонансов (например, 145/435 МГц), что делает многодиапазонную антенну высокоэффективной. В других случаях будут использоваться настроенные ловушки, что менее эффективно и, как правило, не используется в диапазонах VHF / UHF.
Многие другие крупные передатчики UHF- / VHF используют диплексеры. Количество передатчиков, которые могут совместно использовать антенну, ограничено разнесением их полос частот. Передатчики, частоты которых слишком близки друг к другу, не могут быть успешно объединены диплексером.
Диплексеры также используются на станциях средневолнового вещания. Однако их использование не так распространено в этом частотном диапазоне, потому что соответствующая длина волны варьируется в большей степени в диапазоне средних волн, чем в диапазоне FM, и поэтому более практично использовать отдельную антенну для каждой частоты: узлы передачи средних волн обычно транслируют только на одной-четырех частотах, тогда как сайты FM-вещания часто используют четыре и более частот.
Диплексеры могут использоваться как резервное устройство. Примером могут служить работы по техническому обслуживанию одной антенны на участке передачи средних волн, который имеет две антенны, передающие на двух частотах. Тогда другая антенна может использоваться для трансляции обоих каналов. Если построить вторую антенну для второго передатчика невозможно из-за нехватки места, диплексер используется постоянно.
На сайтах длинноволнового вещания диплексеры обычно не используются, поскольку эти станции обычно вещают только на одной частоте. Реализация диплексеров для длинноволновых радиовещательных станций может быть затруднена из-за высокого отношения полосы пропускания (9 кГц) к частоте передачи.
Диплексеры не используются в передатчиках VLF. В этом диапазоне частот их реализация очень трудна из-за очень высоких напряжений, которые возникают в огромных настроенных катушках нагрузки, которые используются в питании антенны.
Жилой [ править ]
Диплексеры также использовались для объединения сигналов UHF TV, VHF TV и FM в один нисходящий кабель, который затем при необходимости можно разделить на составные части.