Аттенюаторы и нагрузки. Классификация и назначение

Аттенюатором называется устройство, предназначенное для ослабления мощности, поступающей от источника колебаний. Основной характеристикой аттенюатора является величина вносимого им ослабления мощности

дб.(5.1)

где С - ослабление в децибелах;

Р_вх — мощность на входе аттенюатора;

Р_вых — мощность на выходе аттенюатора. Аттенюаторы подразделяются на следующие типы.

1. Предельные, основанные на принципе затухания электромагнитного поля в волноводах, размеры которых меньше критических. Если для данной частоты f или длины волны l волновод находится в за критическом режиме, то есть l >l_кр (где l_кр — критическая длина волны), то поле в таком закритическом волноводе будет экспоненциально убывать. Это затухание поля связано не с поглощением, а отражением энергии. Показатель экспоненциального закона возрастает с уменьшением поперечных размеров при постоянной длине волны.

Величина затухания предельного аттенюатора равна:

дб,(5.2)

здесь х — расстояние между элементами связи.

Обычно аттенюаторы рассчитываются на определенный тип волны Е и Н, возбуждаемых в круглом волноводе. При этом получается наиболее простая конструкция. Волноводные предельные аттенюаторы применяются редко, поэтому в дальнейшем они рассматриваться не будут.

Схематично конструкции коаксиальных предельных аттенюаторов показаны на рис. 5.1. Аттенюаторы для волн типа Е₀₁ имеют емкостную связь (рис. 5.1, а, б), а аттенюаторы с индуктивной связью (рис. 5.1, в) возбуждают в круглом волноводе волны типа Н₁₁.

а)

Рис. 5.1. Предельные аттенюаторы: а—прямой емкостного типа; б—уголковый емкостного типа; в—прямой индуктивного типа.

Для круглого волновода диаметром 2г критическая длина волны типа Е₀₁ равна:

,(5.3)

а для волны Н₁₁ равна:

,(5.4)

Если r<<l, то затухание аттенюатора для волны типа E₀₁ может быть определено по формуле

дб,(5.5)

и для волны H₁₁

дб,(5.6)

Отсюда видно, что затухание пропорционально расстоянию между элементами связи. Однако эта пропорциональность существует только при больших значениях х, о чем более подробно будет сказано в § 5.2.

2. Поглощающие аттенюаторы, основанные на принципе поглощения электромагнитной энергии поглощающими материалами.

3. Аттенюаторы, основанные на принципе деления мощности. В качестве таких аттенюаторов используются направленные ответвители, основные типы которых рассмотрены ранее.

При выборе типа аттенюатора следует руководствоваться следующими основными параметрами: рабочим диапазоном частот f_мин - f_макс (l_макс—l_мин), вносимым ослаблением — С, дб начальным ослаблением — С_мин, дб (для переменных аттенюаторов), максимальной рассеиваемой мощностью — Р_макс, коэффициентом бегущей волны (К_бв), полной погрешностью DС.

Обычно в качестве измерительных и развязывающих аттенюаторов используются аттенюаторы поглощающего типа, а при точных измерениях и в качестве эталонов — предельные аттенюаторы. Достижимая точность измерения предельных аттенюаторов 0,05 дб, поглощающих — 0,1 дб.

Начальное ослабление предельных аттенюаторов не может быть получено менее 10 дб. У поглощающих аттенюаторов при определенной конструкции начальное ослабление может быть получено практически равным нулю. Максимальное ослабление предельных аттенюаторов порядка 100—140 дб, поглощающих — до 40-60 дб. Конструктивно аттенюаторы выполняются в виде переменных и фиксированных волноводных, коаксиальных и полосковых.

Согласованные нагрузки широко используются в измерительной технике в качестве эквивалентов устройств СВЧ. Нагрузки часто являются составляющей частью направленных ответвителей и служат для поглощения обратной волны во вспомогательной линии.

Основными являются следующие параметры нагрузок.

Рабочий диапазон частот. Волноводные нагрузки обычно работают во всем рабочем диапазоне частот применяемого волновода.

Величина К_бв в рабочем диапазоне частот. У хороших нагрузок К_бв порядка 0, 95—0, 97.

Величина рассеиваемой мощности. Если нагрузка рассчитывается на рассеяние средних и больших мощностей, то в этом случае качество согласования не имеет решающего значения и допустимой является величина К_бв порядка 0,91.

Конструктивно нагрузки выполняются в виде отрезка короткозамкнутой линии, внутри которого помещается поглощающий элемент. В качестве нагрузок могут использоваться согласованные аттенюаторы, затухание которых не менее 25 дб.

Ниже будут рассмотрены нагрузки, рассчитанные на малые и средние мощности.