Аттенюатор | это... Что такое Аттенюатор? (original) (raw)

Аттенюа́тор (фр. attenuer — смягчить, ослабить) — устройство для плавного, ступенчатого или фиксированного понижения интенсивности электрических или электромагнитных колебаний, как средство измерений является мерой ослабления электромагнитного сигнала, но одновременно, его можно рассматривать и как измерительный преобразователь.

Коэффициент передачи идеального аттенюатора как четырёхполюсника имеет не зависящую от частоты АЧХ, значение которой меньше единицы, и линейную ФЧХ.

РЧ-аттенюатор на 30 дБ 5 Вт, DC-18 ГГц, с коаксиальными разъемами N-типа

Широкополосный (0 Гц - 2.4 Ггц) аттенюатор мощностью до 100 Ватт для тестирования радиопередатчиков

Аттенюатор — это электронное устройство, которое уменьшает амплитуду или мощность сигнала без существенного искажения его формы.

С точки зрения работы, аттенюатор является противоположностью усилителя, хотя оба эти устройства имеют различные принципы работы. В то время как усилитель обеспечивает усиление, аттенюатор обеспечивает ослабление или усиление в меньше, чем 1 раз.

Аттенюаторы — это, как правило, пассивные устройства, сделанные из сетей простых делителей напряжения. Переключение между различными сопротивлениями формирует регулируемые ступенчатые и плавно регулируемые аттенюаторы, использующие потенциометры. Для более высоких частот используются тщательно подстроенные сети низкого сопротивления КСВ.

Фиксированные аттенюаторы используются, чтобы уменьшить напряжение, рассеять мощность, а также улучшить согласование с линией. При измерении сигналов, прокладки аттенюатора или адаптеры используются для снижения амплитуды на нужный уровень для возможности измерения, а также для защиты измерительного прибора от уровней сигнала, которые могут повредить его. Аттенюаторы также используются для 'подгонки' под сопротивление за счет непосредственного снижения КСВ.

Содержание

Классификация и обозначения

Классификация

Аттенюаторы Д2-32 и Д2-31 из комплекта измерительного прибора для коаксиального тракта с каналом 7/3 мм (50 Ом, «Экспертиза»)

Обозначения по ГОСТ 15094

Аттенюаторы радиодиапазона

Резисторные и емкостные аттенюаторы

Аттенюаторы разной мощности

Сигнал в резисторных и емкостных аттенюаторах ослабляется с помощью соответственно резистивного или емкостного делителя.

Поляризационные аттенюаторы

Поляризационный аттенюатор представляет собой отрезок волновода круглого сечения с помещенной внутри поглощающей пластиной, положение которой относительно направления поляризации сигнала можно менять.

Предельные аттенюаторы

Аттенюатор Д4-3

Принцип действия предельных аттенюаторов основан на затухании электромагнитных волн внутри волновода при длине волны больше критической.

Поглощающие аттенюаторы

Аттенюатор Д5-21

Принцип действия поглощающего аттенюатора основан на затухании электромагнитных волн в поглощающих материалах.

Основные нормируемые характеристики радиоизмерительных аттенюаторов

Оптические аттенюаторы

Принцип действия оптических аттенюаторов

Работа оптического аттенюатора основана на изменении оптических потерь при введении между торцами световодов поглощающих фильтров. Для согласования излучающего и приемного торцов световодов применяются согласующие узлы, коллимирующие и фокусирующие излучение.

Основные нормируемые характеристики оптических аттенюаторов

Схемы аттенюаторов

Схема разбалансированного аттенюатора П-типа

Схема сбалансированного аттенюатора П-типа

Схема разбалансированного аттенюатора Т-типа

Схема сбалансированного аттенюатора Т-типа

Основными схемами, используемыми в аттенюаторах, являются аттенюаторы П-типа и T-типа. Они могут потребоваться, чтобы сбалансировать или разбалансировать сети в зависимости от геометрии линии, с которой они будут использоваться, сбалансированной или несбалансированной. Например, аттенюаторы, используемые с коаксиальными линиями, должны быть в несбалансированной форме, в то время как аттенюаторы для работы с витой парой должны быть в сбалансированной форме.

Четыре фундаментальных схемы аттенюаторов приведены на рисунке справа. Так как схема аттенюатора состоит исключительно из пассивных элементов сопротивления, она линейна и взаимна. Если схема также симметрична (так обычно бывает, то как правило, требуется, чтобы входные и выходные сопротивления Z1 и Z2 были равны), то входные и выходные порты не отличаются, но по соглашению левую и правую стороны схемы называют входом и выходом, соответственно.

Характеристики аттенюатора

Микроволновый РЧ аттенюатор

Основные характеристики аттенюаторов:

РЧ-аттенюаторы

Радиочастотные аттенюаторы, как правило, являются коаксиальными с точными разъемами в качестве портов, и коаксиальной, микрополосковой или тонкопленочной внутренней структурой. Для СВЧ требуется волновод специальной структуры.

Важные характеристики: точность, низкий КСВ, плоская АЧХ, повторяемость.

Размер и форма аттенюатора зависят от его способности рассеивать мощность. РЧ аттенюаторы используются в качестве нагрузки и, как известно затухания и защиты рассеиваемой мощности в измерении радиочастотных сигналов.

Аудио-аттенюаторы

Линейный аттенюатор в предусилителе или аттенюатор мощности после усилителя мощности использует электрическое сопротивление для уменьшения амплитуды сигнала, который достигает динамик, уменьшая уровень громкости на выходе. Линейный аттенюатор имеет меньшую мощность, такую как ½-ваттный потенциометр или делитель напряжения и контролирует уровни сигналов предусилителя, в то время как аттенюатор мощности имеет более высокую максимально допустимую мощность, такую как 10 ватт и более, и используется между усилителем и динамиком.

Значения компонентов для схем сопротивления и аттенюаторов

Этот раздел касается П-, Т-, Г-образных схем, выполненных на резисторах и имеющих на каждом порту вещественное сопротивление.

Характеристика данных для расчета компонентов аттенюатора

Эта схема используется в общем случае, все Т-образные схемы, все П-образные схемы и Г-образные схемы, когда внутреннее сопротивление источника больше или равно сопротивлению нагрузки

Г-образная схема вычислений предполагает, что порт 1 имеет самое высокое сопротивление. Если выходной порт оказывает высокое сопротивление, то используют этот показатель

Уникальные обозначения для Т, П и Г-образных схем

Аттенюатор с двумя портами, как правило, двунаправленный. Однако в этом разделе он будет рассматриваться, как однонаправленный. В целом любым из двух приведенных выше рисунков будут предполагаться в большинстве случаев. В случае Г-образной схемы, правый рисунок будет использоваться, если сопротивление нагрузки будет больше, чем внутренне сопротивление источника.

Резистору в каждой схеме дано уникальное обозначение для уменьшения путаницы.

Вычисление значения компонента Г-образной схемы предполагает, что сопротивление для порта 1 (слева) равно или выше, чем сопротивление для порта 2.

Используемые термины

Используемые символы

Пассивные, активные схемы и аттенюаторы являются двунаправленными с двумя портами, но в этом разделе они будут рассматриваться как однонаправленные.

Pout = Vout Iout = мощность, потребляемая нагрузкой от выходного порта.

Расчет симметричного Т-образного резистора

A = 10^{-Loss/20} \qquad R_a = R_b = Z_S \frac {1 - A} {1 + A} \qquad R_c = \frac {Z_s^2 - R_b^2 } {2 R_b } \qquad

Расчет симметричного П-образного резистора

![A = 10^{-Loss/20} \qquad R_x = R_y = Z_S \frac {1 + A} {1 - A} \qquad R_z = \frac {2R_x}{\left ( \frac {R_x}{Z_0} \right ) ^2 -1} ]\qquad \ ](https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/2356fb5b81d14e2a3f8993b32ddbdd5f.png)

Расчет Г-образного резистора для подстройки сопротивления

Если источник и нагрузка являются резистивными (например, Z1 и Z2 имеют нулевую или очень маленькую мнимую часть), то L-образный резистор может быть использован, для соответствия их друг к другу. Как видно, обе стороны резистора могут быть источником и грузкой, но сторона Z1 должна иметь наибольшее сопротивление.

R_q = \frac {Z_m} {\sqrt {\rho - 1 } } \qquad R_p = Z_m \sqrt {\rho - 1 } \qquad Loss = 20 \log_{10} \left ( \sqrt{ \rho - 1 } + \sqrt{\rho } \quad \right ) \quad \text{where} \quad \rho = \frac {Z_1}{Z_2} \quad Z_m = \sqrt{ Z_1 Z_2} \text{ } \

Большие положительные значения означают более высокие потери. Потеря является монотонной функцией сопротивления. Более высокие значения сопротивления требуют более высоких потерь.

Преобразование Т-образного резистора в П-образный резистор

Это преобразование треугольник-звезда

R_z = \frac {R_a R_b + R_a R_c + R_b R_c} {R_c} \qquad R_x = \frac {R_a R_b + R_a R_c + R_b R_c} {R_b} \qquad R_y = \frac {R_a R_b + R_a R_c + R_b R_c} {R_a}. \qquad \

Преобразование П-образного резистора в Т-образный резистор

R_c = \frac {R_x R_y} {R_x + R_y + R_z} \qquad R_a = \frac {R_z R_x} {R_x + R_y + R_z} \qquad R_b = \frac {R_z R_y} {R_x + R_y + R_z} \qquad \

Преобразование между резистором с двумя портами и схемой

Т-образная схема для параметров сопротивления

Параметры сопротивления на пассивном резисторе с двумя портами

V_1 = Z_{11} I_1 + Z_{12} I_2 \qquad V_2 = Z_{21} I_1 + Z_{22} I_2 \qquad \text{with} \qquad Z_{12} = Z_{21} \

Всегда возможно представлять резистивную t-схему как схему с двумя портами. Представим следующим образом особенно простые параметры использования сопротивления:

Z_{21} = R_c \qquad Z_{11} = R_c + R_a \qquad Z_{22} = R_c + R_b \

Параметры сопротивления Т-схемы

Предыдущие уравнения легко обратимы, но если потеря будет недостаточной, то у некоторых компонентов t-схемы будут отрицательные сопротивления.

R_c = Z_{21} \qquad R_a = Z_{11} - Z_{21} \qquad R_b = Z_{22} - Z_{21} \

Параметры входа в П-образную схему

Эти предыдущие параметры T-схемы могут быть алгебраически преобразованы в параметры П-схемы.

R_z = \frac { Z_{11}Z_{22} - Z_{21}^2 } {Z_{21} } \qquad R_x = \frac { Z_{11}Z_{22} - Z_{21}^2 } {Z_{22} - Z_{21} } \qquad R_y = \frac { Z_{11}Z_{22} - Z_{21}^2 } {Z_{11} - Z_{21} } \qquad

Входные параметры в П-образной схеме

Предыдущие уравнения легко обратимые, но если потеря будет недостаточной, то у некоторых компонентов схемы будут отрицательные сопротивления.

R_z = \frac {1} {Y_{21}} \qquad R_x = \frac {1} {Y_{11} - Y_{21} } \qquad R_y = \frac {1} {Y_{22} - Y_{21} } \

Общий случай, определяющий параметры сопротивления исходя из требований

Поскольку схема полностью сделана из резисторов, у неё должны быть определенные минимальные потери, чтобы соответствовать источнику и загрузке, если они не равны.

Минимальные потери задаются как

Loss_{min} = 20 \ log_{10} \left ( \sqrt{ \rho - 1 } + \sqrt{\rho } \quad \right ) \, \quad \text{where} \quad \rho = \frac {\max [ Z_S, Z_{Load} ]}{\min [ Z_S, Z_{Load} ] } \

Несмотря на пассивное соответствие два порта могут иметь меньше потерь, если они не будут преобразоваться в резистивный аттенюатор.

A = 10^{-Loss/20} \qquad Z_{11} = Z_S \frac {1+A^2} {1-A^2} \qquad Z_{22} = Z_{Load} \frac {1+A^2} {1-A^2} \qquad Z_{21} = 2 \frac { A \sqrt { Z_S Z_{Load}}} {1-A^2} \

Как только эти параметры будут определены, они смогут быть реализованы как T или П-образная схема как описано выше.

Применение

Аттенюаторы используются в тех случаях, когда необходимо ослабить сильный сигнал до приемлемого уровня, например, во избежание перегрузки входа какого-либо прибора чрезмерно мощным сигналом. Полезным побочным эффектом является то, что использование аттенюатора между линией и нагрузкой улучшает коэффициент бегущей волны и коэффициент стоячей волны в подводящей линии в случае, когда нагрузка плохо согласована с линией.

Энергия входного сигнала, не поступившая на выход, преобразуется в тепло, как в оптическом, так и в электрическом аттенюаторе. Поэтому мощные аттенюаторы конструктивно должны предусматривать охлаждение.

В простейшем случае электрический аттенюатор строится на основе резисторов.

См. также

Литература

Нормативно-техническая документация

Ссылки