Три группы параметров
В паспорте любого пассивного ВЧ-узла — делителя, ответвителя, фильтра, нагрузки, кабельной сборки — три группы параметров. Первая — согласование: насколько узел отражает мощность обратно (КСВН или возвратные потери). Вторая — вносимые потери: сколько мощности теряется при прохождении. Третья — развязка: насколько сигнал из одного порта не попадает в другой, где его быть не должно. Вместе они говорят, как узел поведёт себя в тракте.
Сложность в том, что одни и те же свойства в разных паспортах записывают по-разному: согласование — то КСВН, то возвратными потерями в децибелах, потери — то «не более», то «типично». Даже в одном каталоге встречаются оба способа: у инжектора питания KADAMM ИП-43-2700 согласование указано как КСВН не более 1,25, а у комбайнера КМ-2-01 — как возвратные потери не менее 20 дБ. Это почти одно и то же.
Над шкалой — КСВН, под шкалой — возвратные потери: КСВН 1,25 ≈ 19 дБ, КСВН 1,5 ≈ 14 дБ, КСВН 2 ≈ 9,5 дБ.
КСВН и возвратные потери
Когда волна приходит на неидеально согласованный порт, часть её отражается. Доля отражения по напряжению — коэффициент отражения Γ. От него считают все привычные величины: КСВН (коэффициент стоячей волны по напряжению) s = (1 + Γ) / (1 − Γ), возвратные потери RL = −20·lg Γ, доля отражённой мощности Γ² и потери рассогласования — сколько мощности не дошло из-за отражения: −10·lg(1 − Γ²).
| КСВН | Γ | Возвратные потери | Отражается мощности | Потери рассогласования |
|---|---|---|---|---|
| 1,05 | 0,024 | 32,3 дБ | 0,06 % | 0,003 дБ |
| 1,10 | 0,048 | 26,4 дБ | 0,23 % | 0,010 дБ |
| 1,20 | 0,091 | 20,8 дБ | 0,83 % | 0,036 дБ |
| 1,25 | 0,111 | 19,1 дБ | 1,23 % | 0,054 дБ |
| 1,30 | 0,130 | 17,7 дБ | 1,70 % | 0,075 дБ |
| 1,50 | 0,200 | 14,0 дБ | 4,00 % | 0,177 дБ |
| 2,00 | 0,333 | 9,5 дБ | 11,11 % | 0,512 дБ |
| 3,00 | 0,500 | 6,0 дБ | 25,00 % | 1,249 дБ |
Из таблицы видно, почему КСВН 1,5 в паспорте антенны — нормально: отражается 4 % мощности, а потери рассогласования меньше 0,2 дБ. Но для измерительного тракта или делителя, стоящего в каскаде с другими узлами, требования строже: КСВН 1,2–1,25 и лучше, иначе отражения от разных узлов начинают складываться и создают неравномерность частотной характеристики.
Как складываются отражения в тракте
В тракте несколько узлов, и отражения от них интерферируют. В худшем случае они складываются в фазе, в лучшем — взаимно гасятся, и итоговый КСВН меняется от частоты к частоте. Поэтому КСВН тракта из пяти узлов по 1,2 может на отдельных частотах оказаться около 1,5–1,7. Практическое правило: чем больше узлов в каскаде, тем лучше должно быть согласование каждого, и тем важнее качество разъёмов между ними.
Измеряйте на всём диапазоне. Одна точка КСВН на средней частоте ничего не говорит о тракте: ищите максимум по всей рабочей полосе — провалы и выбросы как раз показывают, где проблема.
Почему кабель «улучшает» КСВН
Если измерять КСВН антенны снизу, через длинный кабель, результат получается лучше, чем у самой антенны. Отражённая волна проходит кабель дважды — туда и обратно — и ослабляется на удвоенные потери кабеля. Антенна с КСВН 2 (возвратные потери 9,5 дБ) за кабелем с потерями 3 дБ покажет возвратные потери 15,5 дБ, то есть КСВН около 1,40: вроде бы хорошо, хотя антенна не в порядке.
Поэтому КСВН антенны проверяют у самой антенны или учитывают потери кабеля, а по результату снизу судят о тракте в целом. Анализаторы антенн с режимом рефлектометра показывают отражения по расстоянию — так видно, где именно в тракте проблема: у антенны, на разъёме или в середине кабеля.
Децибелы: не путать единицы
| Запись | Что значит | Пример |
|---|---|---|
| дБ | отношение двух мощностей | потери 3 дБ — половина мощности |
| дБм | мощность относительно 1 мВт | 30 дБм = 1 Вт, 43 дБм = 20 Вт |
| дБн | относительно несущей | интермодуляция −155 дБн |
| дБи | усиление антенны относительно изотропного излучателя | панель 17 дБи |
Потери и развязку записывают в дБ, мощности и уровни — в дБм, интермодуляцию — в дБн. Складывать можно дБм и дБ (уровень минус потери — снова уровень), но нельзя складывать два уровня в дБм напрямую: две несущие по 30 дБм дают вместе 33 дБм, а не 60.
Вносимые потери
Вносимые потери — во сколько раз мощность на выходе меньше, чем на входе, в децибелах. У делителя и ответвителя в них входит «законное» деление: у делителя на два выхода — 3 дБ на выход, у направленного ответвителя 10 дБ в основном тракте теряется лишь доля, ушедшая в отвод. Паспорт обычно указывает потери сверх деления: у делителей KADAMM это 0,3–0,6 дБ. Для узлов, которые ничего не делят, — фильтров, дуплексеров, комбайнеров — вносимые потери целиком «чистые».
Узлы без деления теряют доли децибела, узлы с делением — плюс 10·lg(n) на само деление.
Потери складываются: на пути от источника до антенны их сумма определяет уровень на антенне. Для каждой ветки распределённой системы потери узлов и кабеля считают отдельно и выравнивают номиналами ответвителей.
Развязка и направленность
Развязка показывает, насколько ослаблен сигнал между портами, которые не должны быть связаны: между выходами делителя, между входами комбайнера, между приёмом и передачей дуплексера. Чем она больше, тем меньше узлы и передатчики влияют друг на друга. У делителей и мостов это 20–30 дБ, у комбайнеров — 50 дБ и больше, у дуплексеров — 90 дБ и больше.
У направленного ответвителя есть ещё направленность: насколько отвод различает прямую и отражённую волну. Направленность = развязка − переходное ослабление. Если она мала, измеритель мощности на отводе показывает смесь прямой и отражённой волны, и измерение КСВН через такой ответвитель неточно.
Мощность и температура
Паспортные значения сняты при комнатной температуре и небольшой мощности. При нагреве проводники и диэлектрики меняют размеры и свойства, и характеристики немного смещаются: у фильтров сдвигается полоса, у нагрузок растёт КСВН на предельной мощности. Для узлов на мачте и в неотапливаемых шкафах смотрите диапазон рабочих температур и допустимую мощность с запасом — узел, работающий на пределе, стареет быстрее.
Отдельно указывают пиковую мощность: она важна для импульсных сигналов и для систем с многими несущими, где мгновенная мощность может быть в несколько раз выше средней.
Интермодуляция
Для мультиоператорных трактов в паспорте указывают ещё интермодуляцию третьего порядка — уровень паразитных продуктов при двух несущих, обычно по 43 дБм. Её пишут в дБн (относительно несущей): −150, −155, −160. Чем число отрицательнее, тем лучше. Узлы KADAMM для DAS имеют интермодуляцию −155…−160 дБн.
Пример: сравнить два делителя
Первый делитель: «потери не более 3,5 дБ, КСВН не более 1,3». Второй: «потери сверх деления не более 0,4 дБ, возвратные потери не менее 18 дБ». Приводим к одному виду. Полные потери второго — 3,0 + 0,4 = 3,4 дБ, то есть он чуть лучше первого. Возвратные потери 18 дБ — это КСВН около 1,29, практически то же, что у первого. Разница между делителями оказалась меньше, чем выглядела по паспортам, и выбирать стоит по интермодуляции, мощности и разъёмам. Для тракта с несколькими операторами решающей будет именно интермодуляция.
Как читать «не более» и «типично»
- «Не более» и «не менее» — гарантированные границы по всему диапазону и всем экземплярам.
- «Типично» — среднее значение; конкретный экземпляр может быть хуже.
- Значение в полосе и на краю полосы — разные; на краю характеристики обычно хуже.
- Потери «сверх деления» и «полные» отличаются на 10·lg(n) — не сравнивайте их напрямую.
- КСВН указывают для всех портов; худший порт определяет поведение в тракте.
Как проверить
Все эти параметры измеряют векторным анализатором цепей: S11 — отражение со входа (КСВН, возвратные потери), S21 — передача (вносимые потери), S31 и S23 — связь и развязка между портами. Перед измерением анализатор калибруют с тем же кабелем и разъёмами, которые будут в измерении, иначе погрешность кабеля попадёт в результат. На объекте для быстрой проверки тракта хватает измерителя КСВН или анализатора антенн.
Типовые ошибки
- Сравнивают КСВН одного узла с возвратными потерями другого, не пересчитав.
- Сравнивают потери делителя «сверх деления» с полными потерями другого.
- Смотрят КСВН в одной точке, а не максимум по диапазону.
- Не учитывают разъёмы и переходники — у каждого свой КСВН и потери.
- Измеряют без калибровки с рабочими кабелями.
Что запросить у производителя
- КСВН или возвратные потери всех портов по всему диапазону.
- Вносимые потери с пояснением: полные или сверх деления.
- Развязку между портами и направленность для ответвителей.
- Интермодуляцию для мультиоператорных трактов.
- Условия измерения: мощность, температура, разъёмы.
- Допустимую среднюю и пиковую мощность на каждый порт.
Модели KADAMM
Пассивные узлы KADAMM — с КСВН, потерями и развязкой в каждой карточке.
| Потери | ≤0,3 дБ |
| Согласование | ≤1,25 |
| Развязка | более 60 дБ |
| Потери | ≤0,45 дБ |
| Согласование | ≥20 дБ |
| Развязка | ≥50 дБ |
| Потери | ≤1,8 дБ |
| Согласование | ≥20 дБ при 25 °C, ≥18 дБ во вс |
| Развязка | развязка ≥90–95 дБ |
| Потери | 1,1 дБ |
| Согласование | ≤1,25 |
| Развязка | 20 дБ / 18 дБ |