Дільник потужності розділяє вхідний сигнал на два (або більше) вихідних сигнали. В ідеальному випадку дільник потужності можна вважати таким, що не має втрат, але на практиці завжди є певне розсіювання потужності. Оскільки це взаємна мережа, то в якості об'єднувача потужності також може використовуватися суматор потужності, де два (або більше) порти використовуються для об'єднання вхідних сигналів в один вихідний. Теоретично, дільник потужності і суматор потужності можуть бути одним і тим же компонентом, але на практиці до суматорів і дільників можуть пред'являтися різні вимоги, такі як обробка потужності, узгодження фаз, узгодження портів і ізоляція.

Дільники та суматори часто називають розгалужувачами. Хоча це технічно правильно, інженери зазвичай використовують слово "розгалужувач" для позначення недорогої резистивної структури, яка розділяє потужність у дуже широкій смузі частот, але має значні втрати і обмежену пропускну здатність.

Термін "дільник" найчастіше використовується, коли вхідний сигнал рівномірно розподіляється між усіма виходами. Наприклад, якщо є два вихідних порти, кожен з них отримає трохи менше половини вхідного сигналу, в ідеалі -3 дБ порівняно з вхідним сигналом. Якщо вихідних портів чотири, кожен порт отримає приблизно чверть сигналу, або -6 дБ порівняно з вхідним сигналом.

При каскадному включенні дільників або суматорів 2:1 вихідний сигнал можна розділити на багато вихідних портів. Наприклад, у деяких потужних напівпровідникових підсилювачах, які замінюють вакуумні лампи, може бути об'єднано до 12 підсилювачів. Якщо ви подасте сигнал на один порт 12-ходового дільника, ви побачите понад 20 дБ втрат на загальному порту. Але, якщо ви подасте на всі 12 портів сигнали з однаковою амплітудою, реальна втрата може скласти лише кілька дБ. Існують також компоненти, які є дільниками 1:3 або 1:4. Тобто вони ділять потужність від одного джерела на 3 або 4 виходи, використовуючи лише один пристрій. У випадку триходового дільника є прямі способи досягнення декількох портів без каскадних структур 2:1.

Ізоляція

При виборі типу дільника або суматора важливо враховувати ізоляцію. Висока ізольованість означає, що вхідні сигнали (в суматорі) не заважають один одному, і будь-яка енергія, яка не надходить на вихід, розсіюється, а не спрямовується на вихідний порт. Різні типи дільників справляються з цим по-різному. Наприклад, у дільнику Вілкінсона резистор має номінал 2Z0 і встановлюється поперек виходів. У квадратурному дільнику четвертий порт має термінатор. Термінатор не розсіює енергію, якщо тільки не трапиться щось погане, наприклад, один з підсилювачів вийде з ладу або підсилювачі матимуть різні фази.

Типи дільників потужності

Існує багато типів і підтипів дільників або суматорів потужності. Деякі з найбільш поширених включають наступні:

Дільник потужності Вілкінсона

Дільник Вілкінсона розділяє вхідний сигнал на два рівнофазні вихідні сигнали або об'єднує два рівнофазні сигнали в один у зворотному напрямку. Дільник Вілкінсона використовує чвертьхвильові трансформатори для узгодження з роз'ємом. Резистор розміщується поперек виходів, де він не завдає шкоди вхідному сигналу на порту 1. Це значно покращує ізоляцію і дозволяє узгодити імпеданс всіх портів. Цей тип дільника часто використовується в багатоканальних радіочастотних системах, оскільки він може забезпечити високий ступінь ізоляції між вихідними портами. Завдяки каскадному включенню більшої кількості чвертьхвильових секцій, дільники Вілкінсона можуть легко впоратися зі смугою пропускання 9:1 в системах радіоелектронної боротьби.

Дільник реактивної потужності

Якщо видалити ізоляційний резистор у дільнику потужності Вілкінсона, то вийде дільник реактивної потужності. Одним з наслідків видалення ізоляційного резистора є те, що тільки загальний порт має узгоджений імпеданс. Реактивні суматори не рекомендується використовувати для об'єднання потужностей, оскільки вони мають слабку ізоляцію. Реактивні суматори часто використовуються в антенних фідерних мережах.

Розгалужувачі (муфти)

Термін "розгалужувач" зазвичай означає, що розподіл потужності нерівномірний, наприклад, 5% сигналу виділяється (або з'єднується) на один вихідний порт, а решта 95% сигналу надходить на інший порт. "Розгалужувач 10 дБ" відводить 10% вихідної потужності.

Найпростіший розгалужувач - це чотирипортова мережа, в якій один порт є загальним, одна частина - з'єднаним портом, один - "наскрізним" і один - ізольованим портом. Ізольований порт зазвичай закінчується відповідним навантаженням, і саме це дозволяє ізолювати наскрізне живлення і з'єднаний порт один від одного.

Гібридний розгалужувач зазвичай відноситься до мережі, яка отримує рівний розподіл або комбінацію потужності від несиметричної мережі. 3 дБ гібриди - це двосторонні суматори, які мають рівний розподіл (3,01 дБ - це 10*log(0,5), де 0,5 - це половина потужності). Розгалужувач Ланге є однією з форм 3 дБ гібрида.

Гібридна квадратурна, є іншою назвою 90°-ї гібридної муфти. Це чотири портові пристрої, які розподіляють вхідний сигнал порівну між двома вихідними портами з різницею фаз між ними на 90 градусів. Як видно на діаграмі нижче, вхідний сигнал подається з порту А, ми отримуємо сигнали однакової амплітуди в портах C & D з різницею фаз 90 °. Порт В ізольований.

Розгалужувачі Ланге - це специфічний вид спрямованих муфт, які використовуються як комбінатори пасивної потужності та РЧ/мікрохвильові розгалужувачі для великого (але не нескінченного) діапазону частот. Найефективніші конструкції використовують мінімальну відстань між лініями та відстань між ними, а також дуже жорсткий контроль допуску, щоб максимізувати їх переваги. Муфти Ланге забезпечують найбільші переваги в продуктивності з точки зору низьких втрат, компактної компоновки та широкої пропускної здатності.

З'єднувачі ліній зв'язку

З'єднувачі ліній використовують взаємодію ліній електропередач, які знаходяться поруч, але не з'єднані між собою. У цьому випадку при постійному струмі (0 Гц) потужність не передається на з'єднане плече. Муфта Ланге - це планарна мікросмужкова конструкція, яка використовує кілька смужок для досягнення 3 дБ (гібридного) зв'язку. З'єднувачі легко забезпечують октавну смугу пропускання.

Дротові з'єднувачі мають пряме з'єднання між усіма портами. Є кілька видів дротових з'єднувачів.

Відгалужувач

Відгалужувач - це простий тип квадратурного відгалужувача, розміщеного у формі кільця довжиною в одну довжину хвилі, з чотирма портами. Сигнал, що надходить на порт 1, розділяється на два квадратурні сигнали (порти 2 і 3), а порт 4, що залишився, повністю ізольований від вхідного порту на центральній частоті. Нижній вихідний порт (порт 3) має найбільш негативну фазу передачі, оскільки він має найдовший шлях проходження. Розгалужувач є вузькосмуговим порівняно зі з'єднаними лініями; як правило, можлива лише 20% смуга пропускання.

З'єднувач "Щуряче гніздо"

З'єднувач отримав свою назву через круглу форму, показану нижче. Довжина кола дорівнює 1,5 довжини хвилі. Для рівноподіленого щурячого з'єднувача імпеданс всього кільця фіксований на рівні 1,41xZ0, або 70,7 Ом для 50-омної системи. Для вхідного сигналу Vin виходи на портах 2 і 4 рівні за величиною, але зсунуті за фазою на 180 градусів. Зазвичай досягається 30% смуга пропускання.

З'єднувач Гізеля

З'єднувач (який часто називають дільником Гізеля) забезпечує синфазні виходи і найчастіше конфігурується як п'ятипортовий (для двостороннього розділення з двома терміналами). Дільник Гізеля (Gysel) часто використовується для об'єднання потужностей на кіловатному рівні. Наприклад, якщо вам потрібна деяка надмірність в телевізійному передавачі потужністю 50 000 Вт, ви можете використовувати п'ятипортовий дільник Гізеля з лампами по 15 000 Вт і мати можливість вийняти одну з ламп для обслуговування або заміни, не вимикаючи передавач з мережі.

Щоб відвести всю марно витрачену потужність, потрібно буде використовувати масляне охолодження, але це цілком можливо. Дільники Гізеля знаходять свій шлях у міліметровому діапазоні хвиль, коли підсилювачі на нітриді галію об'єднуються в твердотільні підсилювачі потужності (SSPA), які будуть конкурувати з вакуумними лампами, такими як TWT. Гізелі зазвичай забезпечують 30% смуги пропускання, він дуже схожий на щуряче гніздо (кільце 1,5 довжини хвилі з імпедансом SQRT(2) * Z0), але з входом на іншому порту і другим ізоляційним навантаженням, щоб зробити його симетричним.