Аттенюатор что это такое и для чего он
Аттенюатор: устройство, сфера применения и преимущества
В процессе разработки схем передатчиков или приемников сигнала часто требуется решать важную задачу умышленно ослабить сигнал возбудителя. Это происходит по различным причинам, но самая распространенная обеспечить заданные рабочие параметры усилителей, смесителей или иных узлов радиоэлектронной аппаратуры. Именно с этой целью и используются аттенюаторы, отвечающие за снижение мощности сигналов на входе нелинейного устройства.
Важно учитывать, что раз перед нами стоит задачи снизить нелинейные искажения, то использование нелинейных элементов (транзисторы или диоды) не имеет смысла. Ключевая цель снизить уровень помех и устранить влияние нежелательных сигналов на нелинейные устройства.
Отметим, что классический аттенюатор это пассивное и не очень сложное по конструкции изделие. Как уже говорилось ранее, его основная задача ослабить сигнал, насколько это возможно, но при этом оставить неизменной его форму. В диапазоне высоких частот устройства используются и в качестве согласующего агрегата. Самый классический и распространенный случай применение прибора в качестве делителя напряжения. Аттенюатор представлен корпусом, внутри которого располагаются микросхемы и конденсаторы. Если стоит задача снижения сигналов, отличающихся амплитудой, обязательно стоит добавить регулируемые приборы или дискретные переключатели в общую схему.
Краткое описание
Самой распространенной разновидностью устройства считается управляемый аттенюатор. Внешне он представляет собой универсальный симплексный соединительный шнур. На практике используется в тех случаях, когда нужно понизить уровень сигнала на оптоволоконной линии. Такие устройства очень популярны на линиях кабельного телевидения, в магистральных и локальных сетях передачи данных, на измерительных пунктах. С помощью аттенюатора сигнала гораздо проще произвести калибровку измерителей мощности, определить и изменить чувствительность приемника.
Большинство управляемых аттенюаторов способно ослаблять сигналы, поступающие в широком диапазоне частот. Максимальный уровень обратных потерь не превышает 70 дБ, что достигается продуманными конструктивными особенностями. К примеру, настенные модели имеют несколько ощутимых преимуществ перед другими конфигурациями прибора:
Сфера и особенности применения
Как показывает практика, входной аттенюатор сигнала это максимально доступный и простой узел приемника. Простая, продуманная и логичная конструкция позволяет выполнять сразу несколько задач. Устройство представлено тремя резисторами, но в некоторых ситуациях дополнительно присутствуют три конденсатора, которые отвечают за качественное разделение сигнала. Самой сложной задачей, поставленной перед специалистами, стал выбор оптимальных параметров затухания.
Официальные документы и руководства по эксплуатации от производителей гласят, что многие современные модели способны дополнительно расширять динамический диапазон приема сигнала приемниками. На практике все обстоит не так радужно, ведь динамический диапазон отличается двумя существенно различающимися друг от друга понятиями. Стандартный приемник может принимать как слабые, так и сильные сигналы, которые обязательно попадут в пропускную полосу фильтра базовой селекции. Если появится хотя бы минимальное усиление, приемник перегрузится.
Если вам необходимо принимать слабые сигналы от заранее известной станции, аттенюатор можно использовать, но это не дает гарантий. Мощные помехи могут серьезно повлиять на тракт высокой частоты, что непременно приведет к перезагрузке и сбоям в работе со стороны оборудования.
Классификация и разновидности
Специалисты выделяют несколько ключевых характеристик, позволяющих разделить устройства на несколько типов. Вот самые распространенные параметры:
По уровню напряжения выделяют низковольтные и высоковольтные устройства. По рабочему частотному диапазону от постоянного тока до светового сигнала. Разновидности использованных элементов очень разнятся: от простых по конструкции катушек, конденсаторов и резисторов до более сложных оптоволоконных приборов или СВЧ.
В процессе эксплуатации важно регулярно проводить поверку аттенюаторов, ведь только полностью исправный прибор защитит приемник от серьезных перегрузок. В ассортименте специализированных магазинов можно встретить специальные универсальные устройства, у которых предусмотрен фиксированный показатель затухания. Не меньшей популярностью пользуются и регулируемые аналоги, где пользователь выставляет рабочие параметры самостоятельно.
Для удобства производители используют маркировки, позволяющие быстро классифицировать используемое устройство. Вот несколько популярных категорий:
Важно! Эталонные и поверочные модели нашли применение в работе экспертов, которые отвечают за проведение метрологической оценки используемых на практике аттенюаторов. Предельные устройства защищают от прохождения через систему сигналов, у которых частота ниже допустимого предела.
Преимущества использования
Современные модели незаменимы при обустройстве качественных и стабильных оптоволоконных систем передачи сигналов. Это обусловлено большим количеством эксплуатационных преимуществ:
Аттенюатор, это особое устройство, необходимое для снижения интенсивности электрических и электромагнитных колебаний. Существенной чертой его работы, является возможность уменьшать мощность или амплитуду сигнала без особого искажения его формы. Аттенюаторы способны понижать интенсивность колебаний:
Этот прибор широко используется в различных сферах деятельности. В частности, аттенюатор применяется в оптических линиях. Во-первых, он позволяет внести в линию заданный уровень ослабления сигнала: это, как правило, необходимо в тех случаях, когда требуется снизить мощность сигнала перед приемником. Также применение этого устройства дает возможность использовать оборудование с одинаковыми характеристиками на линиях с различным затуханием. Во-вторых, оптический аттенюатор используется для стрессового тестирования линии, так как дает возможность имитировать работу сети в различных условиях. Этот способ позволяет проверить стабильность линии и работоспособность оборудования, определить, как будет работать сеть через несколько лет, когда старение излучателей приведет к снижению мощности сигнала. Тестирование может проводиться как в эксплуатационных условиях, так и в лаборатории.
Принцип действия
К основным особенностям применения аттенюатора можно отнести:
Таким образом, аттенюаторы чрезвычайно надежно, выполняют свои функции, не внося искажений в оптический сигнал.
Основные характеристики
При выборе подходящих устройств для вашей сети необходимо обратить внимание на ряд характеристик. Среди них могут быть:
Чтобы рассчитать необходимое затухание, нужно учесть мощность приемо-передающего оборудования и вычесть из него потери на линии.
Основные типы оптических аттенюаторов
Оптические приборы этой категории могут быть фиксированными (постоянными) и переменными (регулируемыми).
Аттенюатор переменного типа позволяет регулировать затухание сигнала в пределах от 0 до 25 децибел с точностью до 0,5 Дб. Для регулировки используется изменение воздушного зазора между торцами ферул соединяемых коннекторов.
Отдельно стоит обратить внимание на перестраиваемый аттенюатор. Такое устройство является довольно сложным, способно работать в широком диапазоне затухания, обладает множеством дополнительных функций, например, способностью сохранять предыдущие настройки, контролировать линейность измерителей мощности и чувствительность фотоприемников, оперативно изменять затухание сигнала. При этом затухание может вноситься различными методами (осевым, радиальным смещением), для чего используются разнообразные фильтры и призмы. Процедура калибровки прибора выполняются автоматически, что делает его работу более точной и быстрой. При работе обеспечивается низкий уровень вносимых потерь.
Прибор такого типа нередко комплектуется ударозащитным кожухом, его питание осуществляется от аккумулятора или батарей. Для большей универсальности устройство комплектуется большим набором коннекторов.
Если стоит выбор, где купить оптические аттенюаторы, выбирайте надёжного поставщика. Компания « АнЛан » занимает лидирующие позиции на рынке РФ с 2007 года. Разумная цена и европейское качество — то, что отличает продукцию компании от других организаций.
Аттенюатор: описание, назначение, виды и характеристики приборов
Что такое аттенюатор
Область применения аттенюаторов
Аттенюатор предназначен для поддержания безопасной работы, согласования импеданса отдельных включенных в цепь модулей, благодаря выравниванию мощности между их входом и выходом.
Также применение аттенюатора рекомендовано для обеспечения безопасности антенной системы при использовании ответвителей и отсутствии приборов контроля.
Подобные приборы позволяют вносить определенное затухание при передаче сигнала на короткие дистанции в одномодовых линиях, снимать перегрузку каскада на входе приемного устройства, предотвращая возможные нарушения функционирования сети. Аттенюаторы также применяют в системах WDM мультиплексирования.
Преимущества использования аттенюаторов
Типы аттенюаторов
По воспроизводимым значениям
По диапазону частот
По типу подключения
По принципу действия
Аттенюаторы радиодиапазона
Основные характеристики аттенюаторов радиодиапазона
Резисторные (емкостные) аттенюаторы
Поляризационные аттенюаторы
Поглощающие аттенюаторы
Оптические аттенюаторы
Виды оптических аттенюаторов
Существует два вида аттенюаторов оптического типа:
● С фиксированным затуханием;
Конструкция приборов предполагает наличие специальных оптических волокон. Применяются для существенного ослабления сигнала с одновременными малыми обратными потерями. Имеют уровень затухания 1−25 дБ. Фиксированное затухание вносится при помощи воздушного зазора определенной величины или специализированного встроенного поглощающего фильтра. Соединение возможно посредством пары патч-кордов оптического типа либо одноименной розетки и патч-корда.
● С регулируемым затуханием.
С помощью устройств данного типа возможна плавная регулировка затухания путем изменения размера воздушного промежутка между торцами феррул коммутируемых коннекторов.
Принцип работы оптических аттенюаторов
Основные характеристики оптических аттенюаторов
Преимущества оптических аттенюаторов
Применение оптических аттенюаторов
РЧ аттенюаторы
Схемы аттенюаторов
Варианты компонентов для схем аттенюаторов
П-, Т-схемы применяются в общем случае, когда внутреннее сопротивление источника равно или превышает сопротивление нагрузки. Если один из портов имеет сопротивление, превышающее показатели другого, применяют Г-образную схему вычислений.
Схемы типов П, Т чаще всего выполнены на резисторах, имеют нереактивное сопротивление у каждого из портов. Для практического применения допустимо считать все напряжения, сопротивления, токи вещественными числами.
Для измерений мощности, формы сигнала возможно включение в систему анализатора спектра при участии понижающего мощность ответвителя, который предотвращает возможные поломки дорогостоящего анализатора.
При выборе подходящего устройства также должны быть учтены вносимые/возвратные потери. Вносимые потери отражают ослабление сигнала, вызванное каким-либо включенным в цепь дополнительным элементом. Возвратные потери показывают отношение мощности отраженного сигнала, существующего на участке линии связи, к мощности входного импульса.
Аттенюаторы
Аттенюаторы – это пассивные устройства, но их удобнее рассматривать вместе с децибелами. Аттенюаторы используются для ослабления сигнала, например, для уменьшения высокого уровня сигнала генератора для обеспечения низкого уровня, необходимого для подачи на антенный вход чувствительного радиоприемника (рисунок ниже). Аттенюатор может быть, как встроен в генератор сигналов, так и быть отдельным устройством. Он может обеспечивать фиксированный или регулируемый уровень ослабления. Секция аттенюатора может также обеспечивать изоляцию между источником и проблемной нагрузкой.
В случае, когда аттенюатор является отдельным устройством, он должен быть помещен между источником сигнала и нагрузкой в разрыв пути прохождения сигнала, как показано на рисунке выше. Кроме того, его импеданс должен совпадать и с импедансом источника Zi, и с импедансом нагрузки Zн, обеспечивая при этом указанную величину затухания. В этом разделе мы рассмотрим только конкретный, и самый распространенный, случай, когда выходное сопротивление источника и сопротивление нагрузки равны.
Наиболее распространенные типы аттенюаторов – секции Т и П типа.
Когда необходимо больше ослабить сигнал, несколько секций аттенюатором можно включить каскадно, как показано на рисунке ниже.
Децибелы
Отношения напряжений, используемые при разработке аттенюаторов, часто выражаются в децибелах. Безразмерный коэффициент ослабления напряжения (далее К) может быть получен из ослабления, выраженного в децибелах. Коэффициенты отношения мощностей, выраженные в децибелах, складываются. Например, аттенюатор 10 дБ, следующий за аттенюатором 6 дБ, обеспечит общее затухание 16 дБ.
10 дБ + 6 дБ = 16 дБ
Замечаемое изменение уровней звука примерно пропорционально логарифму отношения мощностей (Pвх/Pвых).
Изменение уровня звука на 1 дБ едва заметно для слушателя, в то время, как 2 дБ замечается легко. Ослабление на 3 дБ соответствует уменьшению мощности наполовину, а усиление на 3 дБ соответствует удвоению уровня мощности.
Изменение мощности в децибелах и отношение мощностей связаны формулой:
Предполагая, что нагрузка Rвх для Pвх такая же, как и резистор Rвых для Pвых (Rвх = Rвых), значения в децибелах могут быть получены из отношений напряжений (Uвх/Uвых) и токов (Iвх/Iвых):
Наиболее часто используются две формулы для децибелов:
Пример
Мощность на входе аттенюатора 10 ватт, мощность на выходе 1 ватт. Найти ослабление в децибелах.
\(dB= 10 \log_<10>(P_ <вх>/ P_<вых>) = 10 \log_ <10>(10 /1) = 10 \log_ <10>(10) = 10 (1) = 10\, дБ\)
Пример
Найти коэффициент ослабления напряжения ( K=(Uвх/Uвых) ) для аттенюатора 10 дБ.
Пример
Мощность на входе аттенюатора 100 милливатт, мощность на выходе 1 милливатт. Найти ослабление в дБ.
\(dB = 10 \log_<10>(P_ <вх>/ P_<вых>) = 10 \log_ <10>(100 /1) = 10 \log_ <10>(100) = 10 (2) = 20\, дБ\)
Пример
Найти коэффициент ослабления напряжения ( K=(Uвх/Uвых) ) для аттенюатора 20 дБ.
Аттенюатор Т-типа
Аттенюаторы Т и П типа подключаются к комплексным сопротивлениям Z источника и Z нагрузки. Z со стрелкой, направленной от аттенюатора, на рисунке ниже означает импеданс аттенюатора. Z со стрелкой, направленной на аттенюатор, означает, что к аттенюатору с сопротивлением Z подключается устройство с сопротивлением Z, в нашем случае Z = 50 Ом. Данное сопротивление постоянно (50 Ом) по отношению к ослаблению – при изменении ослабления импеданс не меняется.
В таблицах ниже приведены списки номиналов резисторов для аттенюаторов Т и П типа при одинаковых импедансах источника и нагрузки, равных 50 Ом, обычно используемых при работе на радиочастотах.
Телефонное оборудование и другая звуковая техника часто требует использования 600 Ом. Умножьте все значения R на отношение (600/50), чтобы аттенюатор соответствовал требованиям 600-омной техники. Умножение на 75/50 преобразует таблицу значений для соответствия 75-омным источнику и нагрузке.
dB – ослабление в децибелах
Z – импеданс источника/нагрузки (активное сопротивление)
\[R_1 = Z \left( \frac
| Ослабление | R1, Ом | R2, Ом | |
|---|---|---|---|
| децибелы | K = Uвх/Uвых | ||
| 1.0 | 1.12 | 2.88 | 433.34 |
| 2.0 | 1.26 | 5.73 | 215.24 |
| 3.0 | 1.41 | 8.55 | 141.93 |
| 4.0 | 1.58 | 11.31 | 104.83 |
| 6.0 | 2.00 | 16.61 | 66.93 |
| 10.0 | 3.16 | 25.97 | 35.14 |
| 20.0 | 10.00 | 40.91 | 10.10 |
Величину ослабления принято указывать в дБ (децибелах). Хотя нам нужен и коэффициент отношения напряжений (или токов), чтобы найти значения резисторов из формул. Посмотрите на формулу выше с возведением числа 10 в степень dB/20 для вычисления отношения напряжений K из децибелов.
Т-тип (и приведенный ниже П-тип) – это наиболее часто используемые типы аттенюаторов, так как они двунаправлены. То есть, вход и выход аттенюатора можно поменять местами, и его импеданс всё так же будет соответствовать импедансам источника и нагрузки, и он так же будет обеспечивать точно такое же затухание.
Отключив источник и взглянув на аттенюатор со стороны входа в точке Uвх, мы должны увидеть ряд последовательных и параллельных соединений R1, R2, R1 и Z, образующих эквивалентное сопротивление Zвх, такое же, как и импеданс Z источника/нагрузки (нагрузка Z всё еще подключена к выходу):
\(Z_ <вх>= R_1 + (R_2 ||(R_1 + Z))\)
Например, подставим в формулу значения R1 и R2 для 50-омного аттенюатора 10 дБ, как показано на рисунке ниже.
\(Z_ <вх>= 25.97 + (35.14 ||(25.97 + 50))\)
\(Z_ <вх>= 25.97 + (35.14 || 75.97 )\)
\(Z_ <вх>= 25.97 + 24.03 = 50\)
Это показывает нам, что мы увидим 50 Ом при взгляде на аттенюатор со стороны входа (рисунок ниже) при нагрузке 50 Ом.
Вернув источник сигнала, отключив нагрузку Z в точке Uвых и взглянув на аттенюатор со стороны выхода, мы должны получить такую же формулу, что и выше, для импеданса в точке Uвых, благодаря симметрии.
Аттенюатор 10 дБ с входным/выходным сопротивлением Z = 50 Ом.
Аттенюатор П-типа
Ниже приведена таблица номиналов резисторов аттенюатора П-типа для импеданса источника/нагрузки 50 Ом для наиболее частых значений затухания. Резисторы, соответствующие другим значениям затухания, могут быть рассчитаны по формулам.
\[R_4 = Z \left( \frac
| Ослабление | R3, Ом | R4, Ом | |
|---|---|---|---|
| децибелы | K = Uвх/Uвых | ||
| 1.0 | 1.12 | 5.77 | 869.55 |
| 2.0 | 1.26 | 11.61 | 436.21 |
| 3.0 | 1.41 | 17.61 | 292.40 |
| 4.0 | 1.58 | 23.85 | 220.97 |
| 6.0 | 2.00 | 37.35 | 150.48 |
| 10.0 | 3.16 | 71.15 | 96.25 |
| 20.0 | 10.00 | 247.50 | 61.11 |
Применим приведенные выше значения к аттенюатору на рисунке ниже.
С какими номиналами понадобятся резисторы для аттенюатора П-типа с ослаблением 10 дБ и для работы с источником и нагрузкой 50 Ом?
Аттенюатор П-типа на 10 дБ с входным/выходным сопротивлением Z = 50 Ом.
10 дБ соответствуют коэффициенту ослабления напряжения К=3,16 в предпоследней строке в таблице выше. Переместите номиналы резисторов из этой строки на схему (рисунок выше).
Аттенюатор Г-типа
В таблице ниже приведен список номиналов резисторов для аттенюаторов Г-типа для 50-омных источника и нагрузки.
\[R_5 = Z \left( \frac
| Ослабление | R5, Ом | R6, Ом | |
|---|---|---|---|
| децибелы | K = Uвх/Uвых | ||
| 1.0 | 1.12 | 5.44 | 409.77 |
| 2.0 | 1.26 | 10.28 | 193.11 |
| 3.0 | 1.41 | 14.60 | 121.20 |
| 4.0 | 1.58 | 18.45 | 85.49 |
| 6.0 | 2.00 | 24.94 | 50.24 |
| 10.0 | 3.16 | 34.19 | 23.12 |
| 20.0 | 10.00 | 45.00 | 5.56 |
В таблице ниже приведен список номиналов резисторов для альтернативной формы аттенюатора. Обратите внимание, что номиналы резисторов отличаются от предыдущей таблицы.
\[R_8 = Z \left( \frac
| Ослабление | R7, Ом | R8, Ом | |
|---|---|---|---|
| децибелы | K = Uвх/Uвых | ||
| 1.0 | 1.12 | 6.10 | 459.77 |
| 2.0 | 1.26 | 12.95 | 243.11 |
| 3.0 | 1.41 | 20.63 | 171.20 |
| 4.0 | 1.58 | 29.24 | 135.49 |
| 6.0 | 2.00 | 49.76 | 100.24 |
| 10.0 | 3.16 | 108.11 | 73.12 |
| 20.0 | 10.00 | 450.00 | 55.56 |
Мостовой Т-образный аттенюатор
В таблице ниже приведен список номиналов резисторов для мостового Т-образного аттенюатора. Мостовой Т-образный аттенюатор используется не часто. Почему бы?
| Ослабление | R9, Ом | R10, Ом | |
|---|---|---|---|
| децибелы | K = Uвх/Uвых | ||
| 1.0 | 1.12 | 6.10 | 409.77 |
| 2.0 | 1.26 | 12.95 | 193.11 |
| 3.0 | 1.41 | 20.63 | 121.20 |
| 4.0 | 1.58 | 29.24 | 85.49 |
| 6.0 | 2.00 | 49.76 | 50.24 |
| 10.0 | 3.16 | 108.11 | 23.12 |
| 20.0 | 10.00 | 450.00 | 5.56 |
Каскадное включение
Секции аттенюаторов могут быть включены каскадно, как показано на рисунке ниже, для получения затухания, большего, чем доступно от одной секции. Например, два аттенюатора по 10 дБ могут быть включены каскадно, чтобы обеспечить затухание 20 дБ, значения в децибелах будут суммироваться. Коэффициент ослабления напряжения К или Uвх/Uвых для секции аттенюатора 10 дБ равен 3,16. Коэффициент ослабления напряжения двух каскадно включенных секций равен произведению двук К или 3,16 x 3,16 = 10.
Каскадно включенные секции аттенюаторов: затухания в децибелах складываются.
Переменное ослабление с дискретным шагом может быть обеспечено коммутируемым аттенюатором. Например, на рисунке ниже показано положение 0 дБ, и доступно изменение ослабления от 0 до 7 дБ с помощью подключения от одной и более секций или отключения всех секций.
Коммутируемый аттенюатор: затухание изменяется с дискретным шагом.
У типового многосекционного аттенюатора секций больше, чем показано на рисунке выше. Добавление секции 3 или 8 дБ позволяет устройству охватить значения до 10 дБ и выше. Более низкие уровни сигнала достигаются добавлением секций 10 дБ и 20 дБ, или удвоенной секции 16 дБ.
Радиочастотные аттенюаторы
При работе на радиочастотах (РЧ, RF) ( 
Коаксиальный Т-аттенюатор для работы на радиочастотах.
Секция коаксиального Т-аттенюатора состоит из резистивных стержней и резистивного диска, как показано на рисунке выше. Эта конструкция может использоваться до нескольких гигагерц.
Коаксиальная версия П-аттенюатора будет состоять из одного резистивного стержня между двумя резистивными дисками в коаксиальной линии передач, как показано на рисунке ниже.
Коаксиальный П-аттенюатор для работы на радиочастотах.
Высокочастотные разъемы (не показаны) присоединены к концам изображенных Т и П аттенюаторов. Разъемы позволяют подключать отдельные секции каскадно между источником и нагрузкой. Например, аттенюатор 10 дБ может быть помещен между проблемным источником сигнала и входом дорогостоящего анализатора спектра. Даже если затухание нам не нужно, дорогостоящее измерительное оборудование защищено от источника с помощью ослабления любого перенапряжения.
Подведем итоги
Аттенюатор уменьшает уровень входного сигнала до более низкого уровня.
Значение затухания задается в децибелах (дБ). Для подключенных каскадно секций значения в децибелах складываются.
Отношение мощностей в децибелах: \(dB = 10 \log_ <10>(P_<вх>/P_<вых>)\)
Отношение напряжений в децибелах: \(dB = 20 \log_ <10>(U_<вх>/U_<вых>)\)
Наиболее часто используемые схемы аттенюаторов: аттенюаторы Т и П типа.