Введение
Диплексор – это пассивное устройство, реализующее частотное мультиплексирование. Два порта (например, L и H) мультиплексируются на третий порт (например, S). Сигналы на портах L и H занимают непересекающиеся полосы частот. Следовательно, сигналы на L и H могут сосуществовать на порту S, не вызывая взаимных помех. Обычно сигнал на порту L занимает одну низкочастотную полосу, а сигнал на порту H – более высокую. В этом случае диплексор состоит из фильтра нижних частот, соединяющего порты L и S, и фильтра верхних частот, соединяющего порты H и S. В идеале вся мощность низкочастотного сигнала на порту L передается на порт S и наоборот. Вся мощность высокочастотного сигнала на порту H передается на порт S и наоборот. В идеале разделение сигналов полное. Никакая часть низкочастотного сигнала не передается с порта L на порт H. В реальных условиях некоторая мощность теряется, а часть сигнала проникает в неверный порт. Диплексор, будучи пассивным устройством, обычно является симметричным: само устройство не имеет понятия входа или выхода. Однако, плохо спроектированные диплексоры могут иметь различное импедансное сопротивление на разных портах, поэтому не следует автоматически предполагать полную симметричность устройства, если это не указано или не измерены возвратные потери. Диплексор отличается от пассивного сумматора или делителя. Порты диплексора обладают частотной селективностью, а порты сумматора – нет. Существует также разница в "потере" мощности: сумматор принимает всю мощность, подаваемую на порт S, и равномерно распределяет ее между портами A и B. Диплексор этого не делает. Диплексор мультиплексирует два порта на один, но можно мультиплексировать и больше двух портов. Мультиплексор с тремя портами на один порт называется триплексором, а мультиплексор с четырьмя портами на один порт – квадроплексором. Типичный диплексор может обеспечивать изоляцию около 30 дБ между его портами L и H. Этой изоляции достаточно для многих применений, но ее недостаточно для одновременного приема и передачи по одной антенне. Если передатчик излучает 1 кВт, то на приемник попадет 1 Вт этого сигнала, чего может быть достаточно для перегрузки приемника. Диплексоры, предназначенные для одновременного приема и передачи, имеют более жесткие требования к изоляции и называются дуплексорами.
Общее применение
Диплексор позволяет двум различным устройствам совместно использовать общий канал связи. Обычно этот канал представляет собой длинный коаксиальный кабель, и диплексор часто используется на обоих концах коаксиального кабеля. Это возможно, если два устройства работают на разных частотах. Это экономически целесообразно, если стоимость диплексоров ниже, чем прокладка второго кабеля. Диплексоры обычно используются с радиоприемниками или передатчиками, работающими в разных, значительно отличающихся частотных диапазонах. На одной городской радиовышке может быть антенна полиции на частоте 460 МГц и антенна пожарной службы на частоте 156 МГц. Диплексор наверху объединяет сигналы двух антенн в одну коаксиальную линию питания, а второй идентичный диплексор внутри здания разделяет сигналы линии питания на две диспетчерские радиостанции. Некоторые диплексоры поддерживают до четырех антенн или радиостанций, работающих в разных радиодиапазонах. Диплексоры также часто используются там, где на вышке используется многополосная антенна с общей линией питания. Диплексор разделяет два диапазона внутри здания (например, системы VHF и UHF, объединенные диплексором на общую антенну).
Промышленные применения
Диплексирование используется для предотвращения интермодуляции и минимизации отраженной мощности (КСВ) для каждого входного передатчика и частоты. Хотя диплексеры могут объединять относительно широкую полосу пропускания, основное ограничение связано с самой антенной, которая должна быть достаточно широкополосной, чтобы принимать все проходящие через нее сигналы и эффективно передавать их в эфир. Как правило, при использовании многодиапазонной антенны частоты будут находиться в нечетном гармоническом соотношении друг к другу, чтобы использовать преимущества естественных гармонических резонансов (например, 145/435 МГц), что позволяет создать высокоэффективную многодиапазонную антенну. В других случаях используются настроечные ловушки, что менее эффективно и обычно не применяется в диапазонах VHF/UHF. Многие другие мощные передатчики UHF/VHF используют диплексеры. Количество передатчиков, которые могут совместно использовать одну антенну, ограничено разнесением их частотных полос. Передатчики с частотами, расположенными слишком близко друг к другу, не могут быть успешно объединены диплексером. Диплексеры также используются на средневолновых радиостанциях. Однако их применение не так распространено в этом частотном диапазоне, поскольку соответствующая длина волны значительно изменяется в полосе средних волн по сравнению с полосой FM, и поэтому более целесообразно использовать отдельную антенну для каждой частоты: объекты передачи средних волн обычно вещают только на одной-четырех частотах, в то время как объекты FM-вещания часто используют четыре и более частот. Диплексеры могут использоваться в качестве резервного устройства. Например, при проведении технического обслуживания одной антенны на объекте передачи средних волн, где две антенны передают на двух частотах, другая антенна может использоваться для вещания обоих каналов. Если из-за нехватки места невозможно построить вторую антенну для второго передатчика, диплексер используется постоянно. На станциях, вещающих на длинных волнах, диплексеры обычно не используются, поскольку эти станции обычно вещают только на одной частоте. Реализация диплексеров для станций долговолнового вещания может быть сложной, поскольку отношение полосы пропускания (9 кГц) к частоте передачи велико. Диплексеры не используются на передатчиках ВLF. В этом частотном диапазоне их реализация очень сложна из-за очень высоких напряжений, возникающих в огромных настроечных катушках, используемых в антенном питании. Диплексеры также используются в не-вещательных приложениях, таких как любительская радиосвязь.
Жилые помещения
Диплексеры также используются в домашних условиях, чтобы обеспечить совместное использование одного коаксиального кабеля для прямой трансляции со спутниковой антенны и приема эфирных телевизионных каналов (местных телеканалов). Спутниковая антенна использует высокие частоты (обычно от 950 до 1450 МГц), а телевизионная антенна – более низкие частоты телевизионных каналов (обычно от 50 до 870 МГц). Кроме того, спутник получает постоянный ток в низкочастотном диапазоне для питания малошумящего преобразователя (LNB) антенны и выбора поляризации антенны (например, с помощью сигнализации напряжением или протокола DiSEqC). Диплексер удобен в домах, где уже проложена проводка одним кабелем, поскольку он избавляет от необходимости прокладывать второй кабель. Для работы диплексера существующий кабель должен обеспечивать передачу спутниковых частот с минимальными потерями. В старых телевизионных установках может использоваться коаксиальный кабель RG-59 с цельным диэлектриком, который может оказаться недостаточным. Для подключения спутникового телевидения обычно используется кабель RG-6. В этом случае на крыше устанавливается диплексер, объединяющий сигналы со спутниковой и эфирной антенн в один коаксиальный кабель. Этот кабель затем прокладывается от крыши в дом. В удобном месте устанавливается второй диплексер, разделяющий сигналы: один сигнал поступает на телевизор, а другой – на модуль приёма и декодирования (IRD) спутникового ресивера. Обычно эти ресиверы имеют антенный вход и встроенный диплексер, обеспечивающий распределение сигнала эфирной антенны вместе со спутниковым сигналом. В более современных установках возникают дополнительные сложности. Часто требуется подключить несколько спутниковых антенн к нескольким ресиверам, в том числе многоканальным. Например, системы однокабельного распределения. Диплексеры также использовались для объединения сигналов УВЧ (UHF) и ОВЧ (VHF) телевизионных каналов и FM-радио в один кабель, который затем можно разделить на отдельные компоненты по мере необходимости.