موحد ومقسمات والمقرنات الهجينة - Hybrid RF Combiner and Splitter Divider

تتيح مقسمات مجمعات التردد اللاسلكي الهجينة تحقيق مستويات أداء أعلى بكثير من العناصر المقاومة البسيطة، حيث تُحدث المجمعات الفاصلة التي تستخدم المقاومات خسارة إضافية نتيجة للمقاومات المستخدمة، وعند استخدام الهجينة فمن الممكن تقليل الطاقة المفقودة كحرارة إلى مستويات منخفضة نسبياً حيث تم استخدام مقسمات المجمعات المختلطة ليكون الأداء مشكلة، وعلى الرغم من أنّ التكلفة وصعوبة التصميم أكبر.

مزايا مجمعات التردد اللاسلكي الهجين:

تُعد الخسارة في استخدام الفواصل أو المجمعات الهجينة حيث وذلك بفقد طاقة أقل بكثير ممّا لو تم استخدام وظيفة مقاومة، وعند استخدامه كمقسم يحدث انخفاض المستوى الرئيسي نتيجة لتقسيم الطاقة بين عدة منافذ، كما ستفقد بعض الطاقة في الهجين أي المحول لكن غالباً ما يكون منخفضاً.

عيوب مجمع التردد اللاسلكي الهجين:

1. التعقيد – Complexity:

تستخدم فواصل الطاقة الهجينة والمقسمات والمجمعات المحولات ممّا يجعل تصنيعها أكثر تعقيداً، حيث يكون مطلوب تصميم دقيق للمحول جنباً إلى جنب مع التصنيع الدقيق لضمان الحصول على الأداء الصحيح.

2. استجابة التردد – Frequency response:

تُعد استجابة التردد للعديد من المقسمات الهجينة والفواصل الهجينة والمجمعات الهجينة أكثر محدودية من نظيراتها القائمة على المقاوم، والمحولات لها نطاقات تردد محدودة وهذا يحد من النطاق العام للهجين، أمّا عند تصميم أو تحديد مُجمع مختلط أو مقسم فإنّ استجابة التردد تحتاج إلى اعتبار رئيسي.

3. التكلفة – Cost:

استخدام المحولات أو المجمعات الهجينة أو الفواصل الهجينة أكثر تكلفة حيث تتطلب المحولات بناءاً دقيقاً وهي أكثر تعقيداً من المقاومات المتوفرة على نطاق واسع ورخيصة.

يُعد استخدم دوائر التقسيم أو المجمّع الهجينة حيث تكون الخسارة مشكلة، فهي قادرة على توفير القليل من فقدان الطاقة المقاومة ونتيجة لذلك فهي أكثر كفاءة، وهناك حاجة إلى تصميم دقيق لأنّها تتضمن محولات وهذا يحد عادةً من استجابتها للتردد ويمكن أن توفر بعض المشكلات المتعلقة بمطابقة المعاوقة، ومع ذلك فإنّ التكنولوجيا المستخدمة هذه الأيام تعني أنّ الأداء عادةّ ما يكون جيداً جداً.

مقسمات طاقة الترددات اللاسلكية:

يُعد استخدم مقسمات أو فواصل طاقة الترددات اللاسلكية والمجمعات لتقسيم خط (RF) واحد إلى أكثر من سطر واحد وتقسيم الطاقة، وبالمثل تُستخدم المجمعات لدمج أكثر من خط تغذية في خط واحد حيث أن مجمعات طاقة الترددات الراديوية وموزعات التردد اللاسلكي هي نفس العناصر حيث يمكن استخدام نفس الدوائر لدمج طاقة التردد اللاسلكي وتقسيمها، والفرق الوحيد هو أنّ طاقة التردد اللاسلكي يتم تطبيقها على منفذ واحد واستخراجها من الآخر في حالة موزع التردد اللاسلكي، وبالنسبة لمجمع التردد اللاسلكي يتم تطبيق الطاقة في الاتجاه المعاكس.

أنواع مقسم طاقة الترددات اللاسلكية ومجمعها:

1. مقسمات القوة المقاومة – Resistive power splitters:

تم استخدم مقسمات الطاقة هذه والمجمعات المقاومات أمّا في حين أنّها قادرة على الحفاظ على الممانعة المميزة للنظام، فإنّ استخدام المقاومات يقدم خسارة أعلى من الحد الأدنى الذي تسبب في أي إجراء تقسيم حيث أنّها رخيصة وسهلة الصنع.

2. مقسمات الطاقة الهجينة – Hybrid power splitters:

تستخدم مقسمات الطاقة الهجينة محولات ولديها القدرة على توفير خسارة منخفضطة المستوى، وعلى الرغم من وجود بعض الخسائر المادية في المحول، فإنّ الخسارة الرئيسية هي تلك الناتجة عن عملية التقسيم، حيث يتم مشاركة نفس الإشارة بين عدد من المخرجات، كما يمكن استخدام مجموعة متنوعة من رموز الدائرة للمقسمات والمجمعات، وعادةً ما تكون تفسيرية تماماً وقد تحتوي على وصف وظيفي على الرمز.

فقدان إدخال مقسم الطاقة:

عندما يتم إدخال مقسم في دائرة، فهناك بطبيعة الحال بعض الخسائر الناتجة عن حقيقة أنّه لا يوجد مكون بلا خسارة تماماً حيث يتم تقليل هذه الخسائر بشكل عام ولا يمكن حسابها بدقة، ومع ذلك هناك خسائر ناتجة عن حقيقة أن الإشارة مقسمة بين عدة مخرجات، حيث يجب أن يوصف هذا بشكل أكثر دقة بأنّه تقليل إشارة الانقسام حيث لا يتم فقد أي إشارة بالفعل، وبدلاً من ذلك هناك انخفاض في المستوى من حقيقة أنّ طاقة الإدخال يتم مشاركتها بين العديد من المخرجات.

توفر الخسائر تخفيض مستوى تقسيم الإشارة وهذه الأرقام نظرية حيث أنّ جميع المكونات غير كاملة وستؤدي إلى بعض الخسائر الحقيقية، كما سوف تحتاج إلى استيعابها في أي حسابات خسارة.

مقسمات طاقة مقاومات RF:

يُمكن بسهولة تصميم وبناء مقسمات أو فواصل طاقة التردد الراديوي أو المجمعات باستخدام المقاومات فقط حيث تُعتبر مقسمات أو مجمعات الطاقة المقاومة رخيصة الثمن وسهلة التصنيع وغالباً ما تستخدم في مقسمات هوائي التلفاز منخفضة التكلفة، ومع ذلك فإنّ لديها بعض المزايا التي تعني أنّها تستطيع تقديم أداء فعال عبر نطاق واسع من الترددات مع الحفاظ على مطابقة مقاومة دقيقة.

يُقسم مقسم الطاقة الإشارة الواردة إلى إشارتين أو أكثر من إشارات الناتجة، وفي الحالة المثالية يمكن اعتبار مقسم القوة أقل خسارة، ولكن في الممارسة العملية هناك دائماً بعض تبديد القوة ونظراً لأنّها شبكة متبادلة يمكن استخدام مُجمع الطاقة كمجمع طاقة حيث يتم استخدام منفذين أو أكثر لدمج إشارات الإدخال في ناتج واحد.

من الناحية النظرية يمكن أن يكون مقسم الطاقة ومجمع الطاقة نفس المكون تماماً، ولكن من الناحية العملية قد تكون هناك متطلبات مختلفة للمجمعات والفواصل، مثل معالجة الطاقة ومطابقة الطور ومطابقة المنفذ والعزل.

غالباً ما يستخدم مصطلح حاجز عندما يتم تقسيم الإشارة الواردة بالتساوي عبر جميع المخرجات، فعلى سبيل المثال إذا كان هناك منفذا انتاج فسيحصل كل منهما على أقل بقليل من نصف إشارة الإدخال، ومن الناحية المثالية (-3 ديسيبل) مقارنة بإشارة الإدخال حيث إذا كان هناك أربعة منافذ إنتاج فسيحصل كل منفذ على ربع الإشارة تقريباً أو (-6 ديسيبل) مقارنة بإشارة الإدخال.

مزايا مقسمات طاقة مقاومات RF:

1. البساطة – Simplicity:

الفاصل أو المجمع المقاوم بسيط بشكل خاص حيث يتكون من مقاومات فقط، كما يمكن صنعها بسهولة شديدة داخل دائرة تتطلب القليل من التصميم والتحضير.

2. التكلفة – Cost:

كونه مصنوعاً من مقاومات فقط فإنّ تكلفة المُجمع أو الفاصل المقاوم منخفضة جداً.

3. استجابة التردد – Frequency response:

شريطة استخدام المقاومات المناسبة وتقنيات البناء حيث يمكن أن تمتد استجابة التردد عبر نطاق تردد واسع.

عيوب مقسمات طاقة مقاومات RF:

1. الخسارة – Loss:

باستخدام المقاومات، تُفقد الطاقة فوق انخفاض مستوى الطاقة الناتج عن تقسيم الطاقة بين عدة مخرجات في جهاز تقسيماً أمّا بالنسبة لمقسم مقاوم ثنائي الاتجاه فإنّه يتم تكبد فقدان طاقة إضافي بمقدار (3 ديسيبل) على تقليل الانقسام بمقدار (3 ديسيبل) أي الناتج عن تقسيم الطاقة بطريقتين.

2. العزلة – Isolation:

هناك القليل من العزلة بين منافذ النواتج.

أساسيات مقسم الفاصل المقاوم:

هناك مجموعة متنوعة من أنواع مختلفة من مقسم (RF) المقاوم، كما يمكن استخدامها لتوفير انقسام أو تقسيم (RF) بأي نسبة، وذلك ببساطة عن طريق اختيار القيم الصحيحة للمقاوم والتكوين حيث يمكن للمقسمات المقاومة أيضاً توفير مطابقة مقاومة دقيقة عبر نطاق واسع من الترددات بشرط استخدام الأنواع الصحيحة من المقاوم وتقنيات البناء، كما تتكون من مقاومات فقط فهي قادرة بسهولة على توفير مطابقة مقاومة جيدة جداً حيث يمكن استخدام مجموعة متنوعة من التكوينات المختلفة لمقسمات الطاقة المقاومة للترددات اللاسلكية أو فواصل الطاقة المقاومة للترددات اللاسلكية.

1. مقسم طاقة مقاوم ثلاثي الاتجاهات 6 ديسيبل:

أحد الأشكال الأكثر شيوعاً لمقسم القدرة المقاومة أو مقسم الطاقة هو الفاصل المقاوم البسيط ثلاثي الاتجاهات، حيث هناك نوعان من التكوينات التي يمكن رؤيتها وهما تكوينات النجوم أو دلتا.

• مقسم مقسم الطاقة ذو التنسيق النجمي: من المحتمل أن يكون التنسيق النجمي لمقسم مقسم الطاقة هو الأكثر استخداماً بين التنسيقين حيث أنّ القوة تتبدد في هذه المقاومات وأنّ قوتها يجب أن تكون كافية لتبديد مستويات القوة المتوقعة مع بعض الهامش.

• مجمع Delta splitter divider: يتم مشاهدة تنسيق (delt) لاستخدامه كمقسم طاقة في العديد من المناسبات حيث تساوي مقاومة المقاومات مقاومة الممانعة المميزة لنظام التردد اللاسلكي.

باستخدام الأشكال البسيطة من مقسم القدرة المقاومة، يمكن استخدام أي منفذ كمدخل بينما يتم استخدام المنافذ المتبقية كمخرجات، كما تكون المخرجات أقل بمقدار (6 ديسيبل) عن مستوى الإدخال ويتم تكبد (3 ديسيبل) من الخسائر الإضافية على مدى خفض المستوى بمقدار (3 ديسيبل) الذي يمكن أن يحدث إذا تم استخدام مقسم هجين قائم على المحول المثالي ولم يتكبد أي خسائر تبديدية.

هناك نقطة أخرى يجب ملاحظتها حول هذا الشكل من مقسم القدرة المقاومة وهي أنّ هناك (6 ديسيبل) من العزل بين المنافذ، كما يمكن توقع ذلك من حقيقة أنّ فقدان الإشارة الداخلة هو أيضاً (6 ديسيبل).

2. مقسم طاقة مقاوم بطريقة N-1:

من الممكن عمل فواصل طاقة مقاومة لها أي عدد من المنافذ حيث من الواضح أنّ تخفيضات الطاقة ستكون أكبر، ولكن في كثير من الحالات سيكون من الممكن تحمل هذه الخسائر المتزايدة حيث يعتمد التصميم الأكثر وضوحاً على تكوين مقسم الطاقة النجمي، كما يتم تحقيق ذلك ببساطة عن طريق ربط المزيد من المقاومات والمنافذ بنقطة النجمة، ولأي عدد من المخرجات سيكون هناك منافذ (N -1) المنفذ الإضافي المطلوب للإدخال.

من السهل تنفيذ واستخدام مقسمات الطاقة المقاومة أو مقسمات الطاقة أو المجمعات شريطة أن يتم استيعاب الخسائر المقاومة حيث إنّها توفر أداء عريض النطاق وهي رخيصة وسهلة التنفيذ وهذه العوامل تجعلها جذابة للغاية للعديد من التطبيقات.