Сплиттеры

Сплиттеры: классификация, принцип действия, применение и критерии выбора в электротехнических и кабельных системах

Сплиттер (от англ. split – разделять) – это пассивное устройство, предназначенное для деления (сплиттирования) или объединения (диплексинга) сигналов различной природы в кабельных системах. В зависимости от области применения, сплиттеры работают с оптическими сигналами в волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС) или с радиочастотными (РЧ) сигналами в коаксиальных кабельных сетях. Принципиальное отличие между этими типами заключается в физике процесса: оптические сплиттеры оперируют световыми волнами, а РЧ-сплиттеры – электрическими сигналами.

Оптические сплиттеры (планарные PLC и сварные FBT)

Оптический сплиттер – ключевой компонент архитектуры пассивных оптических сетей (PON, Passive Optical Network), таких как GPON, EPON, XG-PON. Его основная функция – равномерно или неравномерно распределить оптическую мощность от одного входного волокна между несколькими выходными волокнами, обеспечивая технологию «точка-многоточка». Потери, вносимые устройством, называются вносимыми потерями (insertion loss) и являются критическим параметром.

Технологии производства и типы

Существуют две основные технологии производства оптических сплиттеров, определяющие их характеристики и область применения.

1. Сплайс-сварные (Fused Biconical Taper, FBT) сплиттеры

Технология изготовления заключается в сплавлении (сварке) и вытягивании двух или более оптических волокон, расположенных вплотную друг к другу. В зоне сплавления происходит перераспределение мод оптического сигнала, что приводит к его делению. Характеристики:

Конфигурации: Преимущественно 1×2, 1×3, 2×2. Каскадирование для получения 1×4, 1×8 и т.д.
Рабочие длины волн: Часто изготавливаются под конкретную длину волны (1310 нм, 1490 нм, 1550 нм) или в двухоконном (1310/1550 нм) исполнении.
Равномерность деления: Может быть неидеальной, особенно для несимметричных конфигураций (например, 10%/90%).
Температурная стабильность: Ниже, чем у PLC.
Стоимость: Ниже для малых конфигураций (1×2, 1×3).
Применение: Простые сети деления, устройства для мониторинга, где не требуется высокая равномерность и широкополосность.

2. Планарные (Planar Lightwave Circuit, PLC) сплиттеры

Устройство изготавливается по технологии фото литографии на подложке из кварцевого стекла. На ней формируется оптический волноводный чип, который равномерно распределяет свет. Волокна подключаются к чипу с помощью пигтейлов.

Конфигурации: Стандартные: 1×2, 1×4, 1×8, 1×16, 1×32, 1×64, 2×32, 2×64.
Рабочий диапазон: Широкополосный (1260–1650 нм), что позволяет работать одновременно на всех длинах волн, используемых в PON (1310 нм – upstream, 1490 нм – downstream, 1550 нм – CATV).
Равномерность деления: Высокая. Разница в потерях между выходными портами минимальна.
Температурная стабильность: Высокая (рабочий диапазон обычно от -40°C до +85°C).
Стоимость: Выше для малых конфигураций, но более выгодна для 1×8 и выше.
Применение: Магистральные и распределительные сети PON (FTTH, FTTB).

Ключевые технические параметры оптических сплиттеров

Параметр	Описание	Типичные значения для PLC 1×8	Влияние на систему
Коэффициент деления (Split Ratio)	Соотношение мощности на выходных портах.	Равномерное 1:8	Определяет бюджет оптической мощности (OLT-ONT).
Вносимые потери (Insertion Loss)	Ослабление сигнала при прохождении через сплиттер.	10.5 дБ (теоретич. min 9.0 дБ + собств. потери)	Суммарные потери не должны превышать бюджет линии.
Равномерность (Uniformity)	Разница между максимальными и минимальными потерями на выходных портах.	< 0.8 дБ	Обеспечивает равный уровень сигнала на всех абонентах.
Возвратные потери (Return Loss)	Мощность отраженного назад сигнала.	> 55 дБ	Высокое значение снижает влияние отражений на лазеры.
Рабочий диапазон длин волн	Диапазон, в котором гарантируются заявленные параметры.	1260 – 1650 нм	Определяет совместимость с технологиями (GPON, XGSPON, RF Video).
Тип корпуса и волокна	Конструктивное исполнение и тип используемого волокна.	ABS-модуль, 900 мкм буфер, SMF-28e	Определяет способ монтажа (в кросс, в муфту, в стойку).

Коаксиальные (RF) сплиттеры

Коаксиальные сплиттеры предназначены для разделения или суммирования радиочастотных сигналов в системах кабельного телевидения (CATV), спутникового телевидения (SAT), системах видеонаблюдения (CCTV) и антенных системах. Они работают в заданном диапазоне частот (например, 5-2500 МГц) и характеризуются волновым сопротивлением 75 Ом (стандарт для видео- и ТВ-систем).

Типы и конструкция

Основное деление происходит по принципу действия и схемотехнике.

Резистивные (нагрузочные): Собраны на чисто резистивных цепях. Обеспечивают хорошее согласование и изоляцию, но вносят высокое затухание, так как часть мощности рассеивается на резисторах в виде тепла. Применяются для слаботочных измерительных задач, где критична широкополосность и согласование, а не уровень потерь.
Трансформаторные (на основе HF-трансформаторов): Наиболее распространенный тип. Используют широкополосные трансформаторы, намотанные на ферритовых кольцах или тороидах. Обеспечивают низкие вносимые потери, хорошую развязку и широкий частотный диапазон. Именно этот тип повсеместно используется в распределительных сетях.

Ключевые технические параметры коаксиальных сплиттеров

Параметр	Описание	Типичные значения для сплиттера 1×2, 5-1000 МГц
Коэффициент деления	Количество выходных портов (2-way, 3-way, 4-way, 8-way).	2-way
Рабочий диапазон частот	Полоса частот, в которой устройство сохраняет параметры.	5 – 1000 МГц (или 5 – 2500 МГц)
Вносимые потери (Insertion Loss)	Состоит из потерь на деление (теоретических) и собственных потерь в схеме.	~3.8 дБ (теор. 3.0 дБ + 0.8 дБ)
Развязка (Isolation)	Ослабление сигнала между выходными портами. Препятствует проникновению помех.	> 25 дБ
Возвратные потери (Return Loss, VSWR)	Показатель согласования импеданса сплиттера с кабелем.	> 20 дБ (VSWR < 1.22)
Проходная мощность (Passive Power Rating)	Максимальная средняя мощность сигнала, которую может пропустить сплиттер без повреждения.	Зависит от модели (обычно десятки Ватт для магистральных)

Теоретические потери на деление (дБ) = 10

log10(N), где N – число выходов. Для 2-way: 3.01 дБ, для 3-way: 4.77 дБ, для 4-way: 6.02 дБ, для 8-way: 9.03 дБ.

Критерии выбора и особенности монтажа

Для оптических сплиттеров:

Архитектура сети: Определяет конфигурацию (1xN, 2xN) и коэффициент деления.
Бюджет мощности: Сумма вносимых потерь сплиттера, соединителей, сварных стыков и длины волокна не должна превышать разницу между мощностью передатчика OLT и чувствительностью приемника ONT.
Тип волокна и коннекторов: Полное соответствие типу волокна (SM G.652.D, MM) и полировке коннекторов (APC для высоких RL, UPC).
Климатическое исполнение: Для уличной установки в муфтах выбираются сплиттеры в герметичных корпусах из нержавеющей стали с гелевым заполнением.

Для коаксиальных сплиттеров:

Диапазон частот: Для спутникового сигнала (950-2400 МГц) нужны специализированные SAT-сплиттеры. Для CATV – 5-1000 МГц и выше.
Уровень потерь: В магистральных линиях используют сплиттеры с минимальным собственным затуханием. В конечных точках допустимы более высокие потери.
Качество экранировки: Корпус должен быть цельнометаллическим с качественными RF-разъемами (F-type, N-type) для защиты от внешних помех.
Наличие усилителя (активный сплиттер): При большой каскадности и длине кабеля применяются активные устройства (сплиттеры-усилители) для компенсации потерь.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Можно ли использовать оптический сплиттер «наоборот» для объединения сигналов?

Да, пассивные оптические сплиттеры являются реципрокными (взаимными) устройствами. С точки зрения теории пассивных оптических цепей, один и тот же сплиттер может использоваться как для деления сигнала от одного источника на несколько приемников, так и для объединения сигналов от нескольких источников в одно волокно. Однако на практике при объединении необходимо учитывать два критических ограничения: источники сигнала (лазеры) должны работать на разных длинах волн (технология WDM), и их мощность должна быть строго откалибрована во избежание взаимных помех и повреждения приемников. Бесконтрольное объединение сигналов на одной длине волны приведет к интерференции и потере данных.

2. Что происходит с потерями при каскадном соединении сплиттеров?

Потери складываются аддитивно (в децибелах). Например, при каскадном соединении сплиттера 1×2 (~3.5 дБ потерь) и двух сплиттеров 1×4 (~7.2 дБ потерь каждый) на его выходах, общие потери для конечной ветви составят примерно 3.5 + 7.2 = 10.7 дБ. Это необходимо учитывать при проектировании древовидной архитектуры PON, так как бюджет мощности OLT конечен. Каскадирование увеличивает общее затухание в линии.

3. В чем разница между сплиттером и диплексером/мультиплексором WDM?

Это принципиально разные устройства по функции:

Сплиттер (разветвитель): Делит оптическую мощность по пространственному признаку (в разные волокна) независимо от длины волны. Сигналы на всех выходах идентичны (если деление равномерное).
Диплексер/Mux-Demux WDM: Разделяет или объединяет сигналы по спектральному признаку (по длине волны). Например, диплексер 1310/1550 нм направит сигнал 1310 нм в один порт, а 1550 нм – в другой, с минимальными потерями для каждого. Потери на разделение по длине волны (0.5-3 дБ) значительно ниже, чем на пространственное деление мощности (для 1×2 это минимум 3 дБ). WDM-устройства используются для увеличения пропускной способности одного волокна.

4. Почему при делении на 8 теоретические потери составляют 9 дБ, а в спецификации указано 10.5 дБ?

Теоретическое значение 10*log10(8) ≈ 9.03 дБ – это фундаментальный предел, обусловленный делением энергии света на 8 равных частей. Дополнительные 1-1.5 дБ (или более) – это собственные технологические потери устройства: неидеальность волноводной структуры у PLC, потери на ввод/вывод излучения из чипа в пигтейлы, возможные микроизгибы. Эти потери всегда указываются в спецификации как «типичные вносимые потери» (Typical Insertion Loss).

5. Как правильно выбрать класс качества коаксиального сплиттера?

Класс качества определяется применением:

Эконом-класс (для конечных абонентов): Частотный диапазон до 1000 МГц, развязка 20-25 дБ, корпус может быть частично пластиковым. Подходит для финального разветвления в квартире.
Промышленный/Магистральный класс: Диапазон до 2500 МГц, развязка >30 дБ, возвратные потери >23 дБ, цельнометаллический герметичный корпус, часто с защитой от грозовых перенапряжений. Используется в магистральных линиях и головных станциях CATV/SAT.
Измерительный класс: Высокоточные резистивные сплиттеры с идеальным согласованием (VSWR ~1.05) и высокой развязкой, но с большим затуханием. Применяются в лабораториях для контроля сигнала.

Использование дешевых сплиттеров в магистрали приводит к накоплению шумов, снижению отношения сигнал/шум (SNR) и появлению отражений, что ухудшает качество цифрового ТВ и скорость передачи данных.

Заключение

Сплиттеры, как оптические, так и коаксиальные, являются фундаментальными пассивными элементами современных распределительных сетей. Корректный выбор типа, технологии и параметров сплиттера напрямую определяет надежность, стабильность и производительность всей системы – будь то магистральная сеть PON или абонентская разводка CATV. Ключевыми аспектами при проектировании являются точный расчет бюджета мощности/уровня сигнала, учет рабочих частот/длин волн, условий эксплуатации и требований к качеству передаваемого сигнала. Понимание физических принципов работы и технических характеристик этих устройств позволяет инженерам и проектировщикам избежать типичных ошибок и построить эффективную и масштабируемую кабельную инфраструктуру.