Сплиттер

Сплиттер (от англ. split — разделять) — это пассивное или активное устройство, предназначенное для разделения одного входного сигнала на несколько идентичных выходных сигналов или, реже, для объединения нескольких сигналов в один. В зависимости от области применения, сплиттеры могут работать с электрическими, оптическими, радиочастотными или акустическими сигналами. Основное требование к сплиттеру — минимальное искажение сигнала и равномерное распределение мощности между выходными каналами.

История

Принцип разделения сигналов возник с развитием телекоммуникаций и радиовещания в начале XX века. Первые сплиттеры представляли собой простые резистивные делители напряжения, использовавшиеся для подключения нескольких телефонных аппаратов к одной линии. С развитием кабельного телевидения в 1950-х годах появились более сложные радиочастотные сплиттеры, работающие на частотах до 1 ГГц. В 1970-х годах, с внедрением волоконно-оптических линий связи, были разработаны оптические сплиттеры, основанные на планарных световодах. В XXI веке сплиттеры стали неотъемлемой частью домашних и корпоративных сетей, систем видеонаблюдения и спутникового телевидения.

Классификация

Сплиттеры классифицируются по типу сигнала, конструкции и области применения.

По типу сигнала

• Электрические сплиттеры — работают с электрическими сигналами (например, аудио- или видеосигналами). Используются в аудиосистемах, видеонаблюдении и компьютерных сетях.
• Оптические сплиттеры — разделяют световой сигнал в волоконно-оптических линиях связи. Применяются в сетях PON (пассивные оптические сети).
• Радиочастотные сплиттеры — предназначены для разделения радиочастотных сигналов (например, для кабельного телевидения или спутниковых антенн).
• Акустические сплиттеры — используются в гидроакустике и ультразвуковых исследованиях для разделения звуковых волн.

По конструкции

• Пассивные сплиттеры — не требуют внешнего питания. Внутри содержат резистивные делители, трансформаторы или оптические разветвители. Характеризуются потерями сигнала (затуханием), пропорциональными числу выходов.
• Активные сплиттеры — содержат усилительные элементы (транзисторы, микросхемы) и требуют электропитания. Позволяют компенсировать потери сигнала, но могут вносить шумы.

По числу выходов

• Двухканальные (1:2) — разделяют сигнал на два выхода.
• Многоканальные (1:4, 1:8, 1:16 и более) — используются в крупных сетях, например, в системах коллективного приёма телевидения.

Устройство и характеристики

Электрический сплиттер

Типичный электрический сплиттер для аудио- или видеосигнала состоит из резистивного делителя, обеспечивающего равномерное распределение напряжения. В радиочастотных сплиттерах (например, для телевидения) используются широкополосные трансформаторы на ферритовых кольцах, обеспечивающие согласование импедансов (обычно 75 Ом). Основные характеристики:

• Коэффициент деления — отношение мощности на выходе к мощности на входе (например, -3 дБ для двухканального сплиттера).
• Диапазон частот — полоса пропускания, в которой сплиттер работает с минимальными искажениями (например, 5–1000 МГц для телевизионного).
• Вносимые потери — затухание сигнала, неизбежное при разделении (обычно 3–6 дБ для двухканальных моделей).
• Развязка между выходами — степень изоляции выходных портов друг от друга (чем выше, тем меньше взаимное влияние).

Оптический сплиттер

Оптический сплиттер (оптический разветвитель) изготавливается методом планарного световодного соединения или сплавления волокон. Внутри устройства световой сигнал распределяется по нескольким выходным волокнам. Характеристики:

• Коэффициент деления — может быть равномерным (например, 50:50 для двухканального) или неравномерным (например, 90:10 для мониторинга линии).
• Рабочая длина волны — обычно 1310 нм, 1490 нм или 1550 нм для телекоммуникационных сетей.
• Вносимые потери — для двухканального сплиттера составляют около 3,5 дБ, для 1:16 — до 14 дБ.
• Обратные потери — отражение сигнала обратно во входной порт (должны быть минимальными).

Применение

Телекоммуникации и сети

Сплиттеры широко используются в пассивных оптических сетях (PON), где один оптический кабель от провайдера разделяется на несколько абонентских линий. Это позволяет снизить затраты на прокладку кабеля. В компьютерных сетях Ethernet сплиттеры применяются для подключения нескольких устройств к одному порту коммутатора (например, через разветвитель RJ-45).

Телевидение и радио

В системах кабельного и спутникового телевидения сплиттеры используются для подачи сигнала на несколько телевизоров или ресиверов. В коллективных антеннах (например, в многоквартирных домах) устанавливаются многоканальные сплиттеры, распределяющие сигнал от общей антенны по квартирам.

Аудио и видео

В домашних кинотеатрах и студиях звукозаписи сплиттеры позволяют подавать аудиосигнал на несколько усилителей или записывающих устройств. В видеонаблюдении сплиттеры (например, VGA- или HDMI-сплиттеры) используются для вывода изображения с одной камеры на несколько мониторов.

Научные исследования

В лабораторных условиях сплиттеры применяются для разделения лазерного луча на несколько каналов в оптических экспериментах, а также в гидроакустике для калибровки гидрофонов.

Примеры

• Сплиттер для коаксиального кабеля — устройство с одним входом и двумя-четырьмя выходами, используемое для подключения телевизоров к одной антенне. Типичные потери: 3,5 дБ на два выхода.
• HDMI-сплиттер — активное устройство, позволяющее передавать цифровой видеосигнал с одного источника (например, игровой приставки) на несколько мониторов или телевизоров одновременно. Поддерживает разрешение до 4K и 8K.
• Оптический сплиттер 1:8 — применяется в сетях GPON для подключения до 8 абонентов к одному волокну. Размер корпуса обычно не превышает 10×8 см.
• Сплиттер для наушников — простой разветвитель с 3,5-мм разъёмом, позволяющий двум пользователям слушать музыку с одного плеера. Вносит минимальные искажения, но снижает громкость.

Критика и ограничения

Основным недостатком сплиттеров является неизбежное затухание сигнала, пропорциональное числу выходов. При использовании пассивных сплиттеров в длинных линиях связи (например, в оптических сетях) это требует применения усилителей или более мощных передатчиков. В радиочастотных сплиттерах низкого качества может наблюдаться недостаточная развязка между выходами, что приводит к взаимным помехам. Активные сплиттеры, хотя и компенсируют потери, требуют электропитания и могут вносить собственные шумы, что критично для высококачественного аудио- и видеооборудования.

Источники

• ГОСТ Р 54429-2011 «Сплиттеры оптические. Общие технические условия».
• ITU-T Recommendation G.984.2 (GPON: Physical Media Dependent Layer).
• Справочник по кабельному телевидению / Под ред. В. А. Смирнова. — М.: Радио и связь, 2005.
• IEEE Standard 802.3-2018 (Ethernet).