Конспект АТТЕНЮАТОРЫ

Предисловие

Как ни удивительно, столь простое по замыслу устройство, как аттенюатор, находит многочисленные применения, отвечает широкой классификации, характеризуется многочисленными параметрами, выполняет многочисленные требования. Осуществляя банальную функцию ослабления, аттенюаторы находят значительное число применений: предотвращение перегрузки или выгорания, согласование импедансов, измерение потерь или усиления, увеличение изоляции, расширение динамического диапазона.

Они могут быть пассивными или активными, поглощающими или отражающими, фиксированными или переменными, шаговыми или непрерывными, регулируемыми мануально или электронно, резистивными или реактивными, симметричными по импедансу или несимметричными, калибруемыми или некалибруемыми, принадлежать к различным классам по степени точности установки ослабления. Для характеризации аттенюаторов применяются такие параметры, как девиация ослабления, частотная, температурная и мощностная чувствительности, внесенные потери, входной и выходной КСВ. Данная глава ограничена пассивными аттенюаторами.

Характеристики и параметры

Аттенюатор это линейная, пассивная или активная цепь или прибор, который ослабляет электрические или микроволновые сигналы, представленные током или напряжением. Он может быть встроен в коаксиальную, полосковую или волноводную линию передачи. Ослабление (аттенюация) обычно выражается отношением входной мощности к выходной мощности в линейных величинах:

,

в децибелах:

,

или в неперах:

,

где – амплитуды напряжений, – коэффициент ослабления (Нп/м), – длина ослабляющего участка линии передачи. Соотношение между неперами и децибелами:

1 Нп=8.686 дБ.

Девиация ослабления – разность между действительным и номинальным ослаблениями при комнатной температуре и входной мощности 10 мВт на специальной частоте.

Частотная чувствительность – разность между максимальным и минимальным ослаблениями в заданном частотном диапазоне.

Номинальная частота – специальная частота, на которой задается точность ослабления аттенюатора.

Внесенные потери – величина потерь мощности из-за внесения аттенюатора в передающую систему. Выражается отношением доставленной мощности к той части системы, которая следует за аттенюатором, перед и после его внесения.

Характеристические внесенные потери – внесенные в линию передачи потери при отсутствии отражений в обоих направлениях от вставленного в линию аттенюатора.

Возможности управления мощностью – максимальная мощность, которая может быть подана на аттенюатор в специальных условиях и при заданной длительности без появления долговременных, выходящих за специальные границы, изменений рабочих характеристик.

Мощностная чувствительность – временное изменение ослабления (дБ/Вт) в стабильных условиях, когда входная мощность меняется от 10 мВт до максимального значения.

Стабильность ослабления – способность аттенюатора сохранять свои параметры под воздействием изменений окружающих условий.

Температурный диапазон действия – Температурный диапазон, в котором аттенюатор может действовать при максимальной входной мощности.

Температурная чувствительность – температурные изменения ослабления [дБ/(дБ ⁰С)] в температурном диапазоне действия.

Входной КСВн – коэффициент стоячей волны по напряжению на входе аттенюатора, нагруженного на сопротивление, равное характеристическому сопротивлению источника.

Выходной КСВн – коэффициент стоячей волны по напряжению на выходе аттенюатора, вход которого нагружен на сопротивление, равное характеристическому сопротивлению источника.

Применения

Существует много примеров применений, когда необходимо вести ослабление в поле, в мощность, в напряжение, в ток. Приведем некоторые из этих примеров:

• Уменьшение уровня сигнала для предотвращения перегрузки или выгорания.
• Согласование импедансов источника и нагрузки для уменьшения их взаимодействия.
• Измерение потерь или усиления двухпортового устройства.
• Увеличение изоляции между элементами цепи, или цепями путем уменьшения взаимодействия между ними.
• Расширение динамического диапазона оборудования.

Классификация

В зависимости от природы используемого элемента цепи, типа конфигурации и вида регулирования различают [17.1]:

• Пассивные и активные аттенюаторы.
• Поглощающие и отражающие аттенюаторы.
• Фиксированные и переменные аттенюаторы.

Фиксированные аттенюаторы применяют для получения постоянного ослабления. Переменные аттенюаторы создают переменное ослабление под воздействием различных регулирующих факторов. Изменение ослабления может быть шаговым или непрерывным, регулировка производиться мануально или программно (электронные переменные аттенюаторы). Обычно аттенюаторы реверсируемы, за исключением некоторых типов высокомощных аттенюаторов. Различают аттенюаторы резистивные и реактивные, симметричные (по импедансу) и несимметричные, калибруемые и некалибруемые. Неоднократно предпринимались попытки классификации аттенюаторов по степени точности ослабления в увязке с приложениями. Например, стандарт США IEEE Std 474 [17.5] различает аттенюаторы:

Класс I – Стандартные

Класс II – Прецизионные

Класс III – Общецелевые

Класс IV – Полезные

Требования

Количественные требования к аттенюаторам зависят от целей их использования. При выборе аттенюатора необходимо учитывать частотный диапазон его работы, поскольку точность установки ослабления зависит от частоты. Ослабление предполагает помещение резистивного материала в поле для его поглощения; это означает, что будет проявляться некоторое отражение. Поэтому одной из целей разработки аттенюаторов является минимизация отражения. Другой фактор – внесенные потери, оцениваемые отношением уровней мощности до и после внесения поглощающего материала. Для работы переменного шагового аттенюатора важен размер шага. Вообще в список требований входят:

• Номинал ослабления.
• КСВн входа и выхода.
• Точность реализуемого ослабления.
• Номинальный уровень входной мощности.
• Размер шага (для переменного шагового аттенюатора).
• Рабочая полоса частот.
• Степень стабильности (мера изменений ослабления из-за вариаций температуры, влажности, частоты и уровня мощности).
• Характеристический импеданс на входе и на выходе.
• Повторяемость.
• Продолжительность работы и параметры надежности.
• Разрешающая способность установки ослабления (при непрерывном регулировании переменных аттенюаторов).

Фиксированные аттенюаторы

Обычно в аттенюаторах используются Т-образные, П-образные или L-образные резистивные цепи. На рис. 17.5.1 приведены примеры симметричных (входные и выходные резисторы одинаковы) конфигураций. Технология изготовления резисторов на этих схемах соответствует частотному диапазону, например, в диапазоне выше 26.5 ГГц в коаксиальном тракте используются тонкопленочные резисторы. Формулы для сопротивлений резисторов и внесенных потерь в этих схемах можно найти, например, в[17.1].