Blog

Улога пасивних компонената у РF и телекомуникационим системима

Разумевање пасивних компонената у РF и телекомуникационим системима

Пасивни компоненти чине основне градивне блокове РЧ и телекомуникационих система, омогућавајући критичну обраду сигнала без уношења појачања или активне контроле. За разлику од активних компонената као што су транзистори или појачала, пасивни елементи као што су отпорници, кондензатори и калемови делују искључиво путем електромагнетних интеракција. Њихове примарне функције укључују:

• Usklađivanje impedanse : Омогућавање ефикасног преноса снаге између кола.
• Filtriranje : Блокирање нежељених фреквенција уз очување интегритета сигнала.
• Захранивање енергије : Привремено чување наелектрисања или магнетне енергије за тајминг и стабилност.

Ови компоненти су незаменљиви у обликовању понашања сигнала, посебно у високфреквентним срединама где минимални уношени губици и прецизно усклађивање импеданси одређују ефикасност система.

Дистрибуција и комбиновање сигнала у телекомуникационим мрежама

Пасивни компоненти као што су сплитери снаге имају велики значај у данашњим телекомуникационим мрежама када је у питању дистрибуција сигнала кроз системе са више антена и дистрибуиране радио јединице које се данас свуда користе. Када РФ сигнал уђе у базну станицу, често постоји потреба да се тај сигнал подели у неколико различитих праваца како би стигао до свих антена или малих ћелија, без ометања тајминга између њих. Већина инжењера се у тој сврси ослања на усмерене спојнице или Вилкинсонове делиоце. Ови уређаји могу да деле сигнале у размерама које иду чак до 1:32, а успевају да одрже уношење губитака испод 0,5 dB, према мерењима изведеним на фреквенцијама око 3,5 GHz током прошлогодишњих теренских тестова. Анализа начине на које РФ подсистеми функционишу у савременој бежичној инфраструктури показује да ови једноставни пасивни компоненти имају велики утицај на могућности 5G мрежа у погледу капацитета и брзине реакције, јер омогућавају прецизно формирање снопа и технике агрегације носећих фреквенција. Изазов за пројектанте је да пронађу прави баланс између количине снаге коју ови компоненти могу да издрже и њихове величине, нарочито у густо насељеним урбаним областима где фреквенције у опсегу милиметарских таласа захтевају компоненте које се морају уклопити у изузетно тесне просторе.

Како раде сплитери снаге: Основне карактеристике и функције

Функција сплитера снаге у дистрибуцији сигнала

Сплитери снаге су у основи пасивни компоненти који се користе у телекомуникационим мрежама. Они узимају долазни сигнал радио фреквенције и деле га у неколико излазних путева, при чему одржавају импедансу у равнотежи. Основни задатак ових уређаја је да равномерно распрши сигнале кроз различите делове мреже, укључујући обичне антене, распределене антенске системе (DAS) и базне станице. Када се постављају 5G мрже, техничари често морају да деле један 3.5 GHz сигнал на два или четири одвојена пута како би могли да достиgnu више различитих области истовремено. То помаже провајдерима услуга да постигну боље покривање без стварања додатних интерференција.

Сплитери снаге у поређењу са комбинерима у телекомуникационим апликацијама

Људи их често мешају, али делитељи и комбинатори заправо раде супротне ствари. Делитељи узимају сигнал који долази из једног места и шаљу га на неколико различитих тачака истовремено. Комбинатори раде управо обрнуто, узимају сигнале са више извора и спајају их у једну излазну путању. Неки модели делитеља могу да функционишу и као комбинатори, посебно они са бидирекционалним могућностима. Рецимо, код хибридних спојница, ови уређаји омогућавају да се сигнали са два одвојена предајника споје у једну антенску тачку. Најважније је да они одржавају те појединачне сигнале изолованим један од другог. То је посебно важно у областима где су бежични сигнали гушени, као што су велики градови, јер би у супротном дошло до међусобних сметњи свих тих сигнала.

Кључни параметри учинка: Однос дељења, Губитак уноса и Изолација

Три параметра дефинишу ефикасност делитеља:

• Razmera podela : Описује расподелу излаза (нпр. 1:2 за једнаку поделу).
• Gubitak umetanja : Смањење снаге сигнала кроз уређај, типично 0,1–3 dB код квалитетних јединица. Студије из индустрије показују да губици испод 1 dB побољшавају енергетску ефикасност мреже за 12–18% (Понемон институт, 2023).
• Изолација : Спречава процуривање сигнала између излазних портова, премашујући 20 dB код премијум модела како би се избегла интерференција у системима са више носећих сигнала.

Ови параметри директно утичу на поузданост мреже, посебно у mmWave 5G дистрибуцијама где је интегритет сигнала од кључне важности.

Врсте и компромиси у дизајну RF делитеља снаге

RF делитељи снаге су пасивни компоненти које су критичне за управљање интегритетом сигнала у телекомуникационим системима, а њихов рад директно зависи од избора дизајна. Испод су описане њихове главне варијације, технички компромиси и оперативни утицаји.

Најчешће врсте делитеља снаге: Вилкинсонов, Дирекционални и Резистивни

Три основна архитектурна типа RF делитеља снаге имају различите улоге:

• Вилкинсонови делитељи користе трансформаторе четвртине таласне дужине за поделу сигнала, при чему одржавају изолацију портова, чиме су идеални за високе фреквенције као што су 5G антенске матрице. Студија из 2024. године о РF системима истиче ниску вредност губитака уноса (обично <0.3 dB) и могућност да издрже нивое снаге до 100W.
• Смерни делитељи користе спрегнуте линије преноса за фреквентно селективну маршрутизацију сигнала, често се користе у системима са фреквентним дуплексирањем.
• Резистивни делитељи нуде широку пропусну траку и компактне димензије, али на жалост жртвују изолацију (често <20 dB), чиме се ограничава њихова примена само на тестирање у нискоснажним уређајима.

Губици уноса и изолација: Утицај на ефикасност мреже

Губици уноса (2–3 dB у комерцијалним делитељима) директно смањују пропусни капацитет мреже, док недовољна изолација (>30 dB циљ за 5G) узрокује пропуштање сигнала између портова. На пример, губитак од 1 dB у масивној MIMO матрици са 64T64R може да смањи пропусни капацитет на ивици ћелије за 15–20%, према недавним теренским испитивањима.

Компромиси у дизајну: Компактне величине насупрот високим нивоима изолације и отпорности на снагу

Miniјaturizација сплитера за мале ћелије често инжењерима намеће прихватање за 10–15% нижег отпorna на снагу или 5–8 dB мању изолацију. Напредније подлоге као што је GaN-on-SiC помажу у ублажавању ових губитака, омогућавајући Wilkinson сплитере за 40% мање, без умањења перформанси на 2.4 GHz у скорашњим ммTalасним инсталацијама.

Примена сплитера снаге у 5G и модерној бежични инфраструктури

Сплитери снаге у 5G базним станицама и малим ћелијама

Распремници снаге су основни делови сваке 5G инсталације, помажући у правилној дистрибуцији сигнала кроз велике MIMO антенске системе које данас свуда видимо. У данашње време, већина базних станица се ослања на њих да поделе високе фреквенције сигнала тако да се равномерно шаљу ка отприлике 64 или чак 128 различитих антенских тачака. То помаже у одржавању конзистентног покривања целокупне територије и осигурава да снопови тачно одефинисано путују где је то неопходно. Када је реч о мањим ћелијама које се постављају у густо насељеним градским областима, компактне верзије ових распремника постају веома важне. Они смањују губитке сигнала, а истовремено се уклапају у тесна места као што су врхови уличних лампи или зидови зграда, где је простор ограничен за телекомуникационе екипе које покушавају да све поставе на правilan начин.

Имплементација у mmWave 5G мрежама

Frekvencije milimetarskih talasa iznad 24 GHz imaju zaista velike poteškoće u pogledu prostiranja, poput apsorpcije u atmosferi i loše difrakcije oko prepreka. Za ove visokofrekventne opsege, inženjeri se okreću deliteljima snage koji pomažu u smanjenju gubitaka signala tako što dele signale za one faziране antene koje mogu tačno da uprave snop tamo gde je to potrebno. Uzmimo kao primer standardnu 5G baznu stanicu na 28 GHz. One obično koriste Wilkinson-ove delitelje snage kako bi postigli delikatnu ravnotežu između dobre izolacije od preko 20 dB i održavanja gubitaka usled umetanja ispod oko 0,3 dB. Ova konfiguracija omogućava održavanje prihvatljivih brzina prenosa podataka čak i na rastojanjima od otprilike 200 metara, iako svi znaju da mmWave najčešće i dalje zahteva prilično jasnu direktnu vidljivost kako bi pravilno radio.

Izazovi upravljanja signalima u visokofrekventnim telekomunikacionim sistemima

За системе високе фреквенције 5G, делитељи снаге морају да издрже екстремне термалне услове и при томе одржавају губитак рефлексије испод -15 dB како би се избегле непријатне неусклађености импедансе. Када се ради са фреквенцијама око 39 GHz, мале разлике у фази од чак и мање од 5 степени између излазних сигнала могу значајно пореметити образац снопа. Ова врста искривљења заправо смањује капацитет мреже за 30 до 40 процената, према истраживању из 2023. године које је спровео Понемон. Најбољи тренутни дизајни почињу да укључују материјале који компензују промене температуре, као и контактне елементе плакиране златом. Ови компоненти помажу да све функционише исправно чак и када спољашња температура варира више од 50 степени Целзијуса током године, што се често дешава у многим локацијама где се опрема поставља.

Решавајући ове техничке препреке, делитељи снаге остају незаобилазни за шириње 5G инфраструктуре како би се задовољиле пројектоване захтеве брзине од 10 Gbps и кашњења испод 1 ms.

Budućnost: Integracija raspodela snage u IPD i miniaturizovanim modulima

Integrisani pasivni uređaji (IPD): Rast tržišta i telekomunikacione primene

Telekomunikacione kompanije brzo prelaze na manje i efikasnije mrežne sisteme, što objašnjava zašto su integrisani pasivni uređaji (IPD) postali veoma popularni u poslednje vreme. Ovi mali poluprovodnički moduli na jednoj podlozi grupišu elemente poput raspodela snage, filtera i spregača. Rezultat? Bazne stanice zahtevaju oko 40, čak i do 60 procenata manje komponenti nego ranije, a istovremeno rade hladnije. U budućnosti, kako se 5G mreže i dalje šire širom zemlje, stručnjaci predviđaju da će potražnja za IPD uređajima na telekom tržištu verovatno porasti za oko 19% godišnje sve do 2028. godine. Miniaturizacija RF prednjih krajnjih tačaka ostaje glavni pokretač ove tendencije, prema većini posmatrača iz industrije.

Raspodele snage kao ugrađene komponente u naprednim RF modulima

Водећи произвођачи сада интегришу делитеље снаге директно у амплiфикаторе РЧ на бази нитрида галијума (GaN), чиме се омогућавају модули двоструке функције који заузимају 30% мање простора на штампаној плочи у односу на дискретне конфигурације. Овакав приступ ко-дизајну побољшава усаглашавање импедансије на фреквенцијама милиметарског таласа, смањујући губитке уноса за 0,8–1,2 dB у фазираним антенама на 28 GHz.

Балансирање минијатуризације и перформанси у дизајнима заснованим на ИПД-овима

Иако ИПД-ови омогућавају дотадашње непостојеће штедње у простору, пројектанти се суочавају са компромисима између изолације (минимум -25 dB за 5G мреже) и величинама пакета испод 2,5 mm². Недавни напредци у интеграцији кондензатора са танким филмом и заштитом путем подлоге су померили метрике изолације до -32 dB на 39 GHz у производним ИПД делитељима снаге.

Често постављана питања

Шта су пасивни компоненти у РЧ и телекомуникационим системима?

Пасивни компоненти су основни градивни елементи у РF и телекомуникационим системима, укључујући елементе као што су отпорници, кондензатори и калемови. Они обављају кључне функције као што су усаглашавање импедансије, филтрирање и складиштење енергије, без уношења појачања или активне контроле.

Како раде делиоци снаге у телекомуникационим мрежама?

Делиоци снаге се користе за дељење улазног сигнала радио фреквенције на више излазних путева, при чему се одржава балансирање импедансије. Они су критични за равномерну дистрибуцију сигнала у телекомуникационим мрежама, посебно у 5G системима.

Која је разлика између делиоца снаге и комбинатора?

Делиоци снаге деле један улазни сигнал на више путева, док комбинатори спајају сигнале из више извора у један излазни пут. Неки уређаји, као што су хибридни спојници, могу обављати обе функциције.

Зашто је губитак уноса важан код РF делиоца снаге?

Gubitak usled umetanja odnosi se na smanjenje snage signala dok prolazi kroz splitter. Niži gubici usled umetanja poboljšavaju energetsku efikasnost mreže i performanse sistema, posebno u primenama sa visokom frekvencijom.

Koji budući trendovi utiču na dizajn RF splittera za raspodelu snage?

Integracija splittera za raspodelu snage u miniaturizovane module i IPD komponente je značajan trend, koji poboljšava efikasnost i smanjuje broj potrebnih komponenti u telekomunikacionim sistemima.