في أنظمة الترددات الراديوية والميكروويف، موزع الطاقة هو مكون سلبي أساسي مسؤول عن تقسيم إشارة الإدخال إلى مخرجات متعددة بأقل خسارة وتوازن مثالي للمقاومة.
من محطات القاعدة الخلوية إلى شبكات الأقمار الصناعية وأنظمة اختبار الترددات الراديوية، يضمن موزع الطاقة سلامة الإشارة عبر مسارات الإرسال.

1. المبدأ الأساسي لمقسمات الطاقة

يقوم موزع الطاقة بتقسيم إشارة الإدخال بالتساوي إلى مخرجين أو أكثر مع الحفاظ على توازن السعة والطور والمعاوقة.

في الظروف المثالية، يتلقى كل خرج طاقة متساوية $P_{الخارج} = P_{الداخل}/N$ ولكن التصميمات في العالم الحقيقي تواجه خسارة في الإدخال ناجمة عن مقاومة الموصل، وخسائر العوازل، والمطابقة غير الكاملة.

تشمل مقاييس الأداء الرئيسية ما يلي:

• خسارة الإدراج (IL)

• العزل بين المخرجات

• VSWR (مطابقة المعاوقة)

• توازن السعة والطور

• انخفاض PIM (التعديل المتبادل السلبي) أداء

2. أنواع موزعات الطاقة والخصائص الهيكلية

1. موزع الطاقة ميكروستريب

ال موزع طاقة ميكروستريب يستخدم خطوط نقل الدوائر المطبوعة على ركائز عازلة. يتميز بخفة وزنه وسهولة دمجه، ويُستخدم على نطاق واسع في أنظمة DAS الداخلية وأنظمة الخلايا الصغيرة.

سمات:

• هيكل مدمج ومنخفض التكلفة

• مناسب لتطبيقات النطاق العريض (600-6000 ميجا هرتز)

• تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور بسهولة والإنتاج الضخم

• انخفاض PIM يمكن تحقيق ذلك من خلال تخطيط الموصل الأمثل والتأريض

التطبيقات:
أنظمة DAS، وتغطية الخلايا الصغيرة، ومنصات اختبار الترددات الراديوية.

2. موزع طاقة التجويف

ال موزع طاقة تجويف هو مكون معدني تم تصنيعه بدقة ويستخدم تجاويف رنينية وخطوط محورية للتشغيل عالي الطاقة وعالي التردد.

سمات:

• قدرة ممتازة على التعامل مع الطاقة

• خسارة إدخال منخفضة وعزلة عالية

• موثوقية ميكانيكية قوية ومقاومة للبيئة

• PIM منخفض للغاية الأداء بسبب الحماية المعدنية الصلبة والوصلات الأقل

التطبيقات:
مغذيات المحطة الأساسية، والشبكات الخارجية، وأنظمة الأقمار الصناعية أو الرادار عالية الطاقة.

3. موزع الطاقة الشريطي

ال موزع الطاقة الشريطي يستخدم هيكل خط نقل متماثل مدمج داخل طبقة عازلة، مما يوفر توازنًا متفوقًا بين الطور والسعة عبر نطاقات تردد واسعة.

سمات:

• سعة ممتازة واتساق الطور

• هيكل متعدد الطبقات مدمج مناسب للتكامل

• خسارة عودة منخفضة وخصائص مقاومة مستقرة

• انخفاض PIM من خلال عملية الترابط والتعدين متعددة الطبقات المُحسّنة

التطبيقات:
هوائيات 5G MIMO، وتوزيع الإشارات متعددة القنوات، وشبكات المصفوفات الطورية.

3. معلمات التصميم الرئيسية والتحسين

أدوات تحسين التصميم: Keysight ADS، Ansys HFSS، CST Microwave Studio — يستخدم لضبط عرض الخط، والثابت العازل، وهندسة التجويف، وواجهات الموصل.

4. أهمية انخفاض PIM في تصميم المقسم

في شبكات 5G الحديثة، يؤثر أداء PIM المنخفض بشكل مباشر على خطية النظام ومعدل نقل البيانات.
يمكن أن تؤدي العيوب البسيطة - مثل أكسدة السطح، أو الموصلات الفضفاضة، أو الاتصال غير المتساوي - إلى توليد منتجات تعديل متبادل، مما يؤدي إلى تدهور SINR وEVM.

الحلول الهندسية لـ PIM المنخفض:

• طلاء عالي الموصلية (فضي أو ذهبي)

• مفاصل ميكانيكية ناعمة وتحكم موحد في عزم الدوران

• الهياكل الداخلية الملحومة بالكامل أو الملحومة

• موصلات مُحسَّنة بتقنية PIM (4.3-10، NF، DIN-F)

5. التطبيقات النموذجية لمقسمات الطاقة

1. محطات قاعدة 5G و 4G - شبكات توزيع الطاقة متعددة الهوائيات وشبكات التغذية.

2. أنظمة الهوائيات الموزعة (DAS) - تقسيم الإشارة للتغطية الداخلية.

3. الاختبارات المعملية - مزامنة مخرجات RF المتعددة.

4. أنظمة الأقمار الصناعية والدفاع - موازنة الطاقة في سلاسل الحمولة عالية التردد.

6. الاتجاهات المستقبلية: نحو التكامل والذكاء

مع تطور أنظمة الاتصالات، تستمر تقنية تقسيم الطاقة في التقدم نحو:

• تصميم النطاق العريض للغاية (600–6000 ميجاهرتز)

• وحدات متعددة المنافذ متكاملة

• مواد تجويف عالية الطاقة ومنخفضة الخسارة

• التحكم الذكي في الطاقة من خلال هياكل قابلة للضبط أو تعتمد على MEMS