Аттенюаторы и нагрузки. Коаксиальные аттенюаторы и нагрузки. Поглощающие аттенюаторы

Наибольшее распространение среди коаксиальных переменных поглощающих аттенюаторов получили аттенюаторы с подвижной поглощающей пластиной и аттенюаторы на поверхностных высокочастотных сопротивлениях с емкостной связью (рис. 5.10).

В сантиметровом диапазоне волн коаксиальные фиксированные ослабители обычно получают путем помещения внутрь коаксиальной линии поглощающего материала. Для согласования поглощающей вставки используются плавные переходы.

В дециметровом и метровом диапазонах используются омические ослабители, подробно рассмотренные ниже.

Переменные аттенюаторы с подвижной поглощающей пластиной применяются обычно в том случае, когда необходимо получить начальное ослабление, приблизительно равное нулю, и максимальное ослабление порядка 20 дб. Конструктивно они представляют собой отрезок коаксиальной линии, в которую через щель вводится поглощающая пластина.

Пластины изготовляются или из какого-либо поглощающего материала или из диэлектрика, покрытого поглощающим слоем (углерода, нихрома и т. п.).

Величина ослабления аттенюатора увеличивается по мере приближения пластины к центральному проводнику. Выбор толщины и длины пластины, расчет механизма перемещения пластины производится аналогично тому, как это делалось в случае волноводных поглощающих аттенюаторов (§ 5.1).

Рис. 5.10. Переменный аттенюатор с емкостной связью:

а – конструкция; б – эквивалентная схема.

Для увеличения максимального ослабления до величины порядка 30 дб можно вводить не одну, а две пластины с 2-х диаметрально противоположных сторон линии.

Аттенюатор, показанный на рис. 5.10, представляет собой делитель с емкостной связью. Он выполняется из отрезка коаксиальнойлинии,в разрыв которойпомещаетсятрубчатое высокочастотное сопротивление типа МОУ или УНУ (1), равное волновому сопротивлению линии (R_вх=r). Внутрь трубчатого сопротивления помещается металлический плунжер (2), соединенный через стержневое малогабаритное сопротивление (8) типа МОУ со штоком (4), служащим внутренним проводником линии, заканчивающейся выходным разъемом. Шток плунжера связан с механизмом перемещения. Выходное (R_вых) сопротивление равно волновому сопротивлению линии. Через стенку входного трубчатого сопротивления осуществляется емкостная связь между входом и выходом аттенюатора. При перемещении плунжера от начала трубчатого сопротивления к концу величина ослабления изменяется от минимального значения (приблизительно 8 дб) до максимального (порядка 40 дб).

Значительное начальное затухание является основным недостатком таких аттенюаторов по сравнению с поглощающими.

Омические ослабители представляют собой четырехполюсники с активными сопротивлениями н собираются как по Т-образной, так и по П-образной схеме (рис. 5.11, а, б). Они используются в качестве поглотителей при независящей от частоты нагрузке, равной волновому сопротивлению линии Z=p. Применять их рекомендуется в дециметровом и метровом диапазонах волн.

Рис. 5.11. Омические ослабители:

а - Т-образная ячейка; б — П-образная ячейка; в - зависимость сопротивлений омических ослабителей от величины затухания.

Поскольку ослабители не должны вносить рассогласования в линию, сопротивления их R₁ и R₂ при данном ослаблении С выбираются таким образом, чтобы входное сопротивление ослабителей равнялось волновому сопротивлению линии r. В случае необходимости можно последовательно включать любое количество таких ослабителей. При этом общее ослабление в децибелах будет равно сумме отдельных ослаблении.

Сопротивления R₁ и R₂ ослабителей рассчитываются по следующим формулам:

для Т-образной ячейки

Ом. Ом.(5.26)

для П-образной ячейки

Ом, ом.(5.27)

На рис. 5.11, в приведены кривые зависимости нормированных относительно r сопротивлений R₁ и R₂ от затухания С_дб для Т-образной н П-образной ячеек. Из рисунка видно, что нормированные сопротивления для Т-образной ячейки всегда меньше единицы, а для П-образной всегда больше единицы.

В качестве сопротивлении ослабителей используются высокочастотные сопротивления типа УНУ или МОУ. В метровом диапазоне могут быть использованы графитовые сопротивления типа ВС, УМЛ и т. п.

Поскольку сопротивления выпускаются с определенными производственными допусками и существующие номиналы сопротивлений могут отличаться от рассчитанных, имеет смысл производить расчет погрешности затухания DС.

Для Т-образной ячейки

дб(5.28)

Для П-образной ячейки

дб(5.29)

Чтобы правильно выбрать сопротивления R₁ и R₂ с точки зрения мощности, необходимо произвести расчет распределения входной мощности P_вх между сопротивлениями.

Для Т-образной схемы мощность, рассеиваемая на сопротивлении R₁, включенном на входе схемы, равна

, Вт(5.30)

на сопротивлении R₁, включенном на выходе схемы, равна

, Вт(5.31)

на сопротивлении R₂ равна

, Вт.(5.32)

Для П-образной схемы можно использовать эти же формулы, только вместо необходимо подставить его обратную величину .

Если в ослабителях используются стержневые сопротивления типа МОУ или УНУ, то, чтобы эти сопротивления не давали отражений, наружные проводники должны соответствующим образом плавно изменяться.

На рис. 5.11, а, б схематично показаны Т- и П-образные ячейки, выполненные на коаксиальных линиях. Стрелками показано направление прохождения высокочастотной энергии. Через q_n (n=1, 2, 3...) обозначены отношения диаметров наружного и внутреннего проводников в начале и в конце каждого сопротивления. Эти отношения могут быть подсчитаны по следующим формулам

для обеих схем:

, q₅=1;(5.33)

для Т-образной схемы:

; ; (5.34)

для П-образной схемы:

; ; (5.35)

здесь e_г — относительная диэлектрическая проницаемость среды.

В качестве сопротивлений, включаемых в поперечной цепи (R₂ — для Т-образной схемы, R₁ — для П-образной), могут быть использованы шайбовые высокочастотные сопротивления. Поскольку выпускаемые в настоящее время промышленностью шайбовые сопротивления типа УНУ-Ш и МОУ-Ш рассчитаны на мощности лишь до 0,25 вт, то ослабители с использованием этих сопротивлений могут быть изготовлены на небольшие мощности.

В метровом диапазоне ослабители могут быть выполнены на графитовых сопротивлениях типа УМЛ, помещаемых в экран.

В заключение следует отметить, что рассмотренные выше схемы ослабителей могут применяться при соответствующем выборе сопротивлений для согласования нагрузки с фидерным трактом, когда Z_2>Z₁ (рис. 5.12).

Рис. 5.12. Схемы омических ослабителей при неравенстве входного сопротивления и сопротивления нагрузки

Сопротивление Z₁, может быть как входным, так и выходным. Значения сопротивлений R₁, R₂, R₃ при Z_2<Z₁ могут быть определены из следующих выражений:

для Т-образной схемы:

Ом, (5.36)

Ом,(5.37)

Ом,(5.38)

для П-образной схемы:

Ом(5.39)

Ом(5.40)

Ом(5.41)

здесь - относительный коэффициент ослабления. Когда четырехполюсники используются в качестве согласующих элементов, то обычно требуется, чтобы они обладали минимальными потерями.

Минимальный относительный коэффициент ослабления рассчитывается по формуле

(5.42)

Минимальное ослабление в децибелах равно

С_мин=10lg k_миндб(5.43)