Atenuator

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 27 februarie 2021; verificarea necesită 1 editare .

Atenuator ( fr. attenuer - soften, weaken) - un dispozitiv pentru o scădere lină, în trepte sau fixă a intensității oscilațiilor electrice sau electromagnetice , ca instrument de măsură este o măsură a atenuării unui semnal electromagnetic , dar poate fi și considerat ca un traductor de măsurare . GOST 28324-89 [1] definește un atenuator ca un element pentru reducerea nivelului semnalului, oferind o atenuare fixă sau reglabilă .

Coeficientul de transfer al unui atenuator ideal ca patru poli are un răspuns de frecvență independent de frecvență , a cărui valoare este mai mică de unu și un răspuns de fază liniar .

Un atenuator este un dispozitiv electronic care reduce amplitudinea sau puterea unui semnal fără a distorsiona semnificativ forma acestuia.

În ceea ce privește funcționarea, un atenuator este opusul unui amplificator , deși aceste dispozitive au principii de funcționare diferite. În timp ce amplificatorul asigură amplificarea semnalului, atenuatorul asigură atenuarea semnalului sau o amplificare mai mică de 1x.

Atenuatoarele sunt, în general, dispozitive pasive realizate din rețele de divizoare de tensiune simple . Comutarea între diferite rezistențe formează atenuatoare reglabile în trepte și reglabile continuu folosind potențiometre . Pentru frecvențe mai înalte, se folosesc circuite rezistive atent reglate pentru a reduce raportul undelor staționare (SWR).

Atenuatoarele cu atenuare fixă sunt utilizate pentru a reduce tensiunea, a disipa puterea și a îmbunătăți potrivirea liniei. La măsurarea semnalelor, se folosesc atenuatoare sau adaptoare intermediare pentru a reduce amplitudinea la nivelul dorit în scopul măsurării și pentru a proteja contorul de niveluri excesive de semnal care l-ar putea deteriora. Atenuatoarele sunt, de asemenea, folosite pentru a „potrivi” impedanța prin scăderea directă a SWR.

Clasificare și notare

Clasificare

Conform setului de valori reproductibile - fixe, trepte (inclusiv programabile) și netede (inclusiv controlate electric)
După gama de frecvență - măsurare radio și optică
Prin metoda de conectare - coaxial, ghid de undă și fibră optică
Instrumentele de măsurare radio sunt împărțite în funcție de principiul de funcționare în rezistor, capacitiv, polarizare, limitator și absorbant.

Denumiri conform GOST 15094

D1-xx - instalatii pentru verificarea atenuatoarelor si a atenuatoarelor de referinta din gama radio
D2-xx - rezistoare și atenuatoare capacitive
D3-xx - atenuatoare de polarizare
D4-xx - atenuatoare limită
D5-xx - atenuatoare absorbante
D6-xx - atenuatoare controlate electric
OD1-xx - atenuatoare optice de referință

Atenuatoare de bandă radio

Rezistori și atenuatoare capacitive

Semnalul din rezistor și atenuatoarele capacitive este atenuat folosind un divizor rezistiv sau, respectiv, capacitiv.

Scop: atenuatoare de înaltă precizie, de obicei de joasă frecvență.
Exemple: D1-13A, D2-14.

Atenuatoare de polarizare

Un atenuator de polarizare este o secțiune a unui ghid de undă circular cu o placă absorbantă plasată în interior, al cărei unghi de rotație în raport cu direcția de polarizare a semnalului poate fi schimbat.

Scop: atenuator precis în circuite cu microunde.
Exemple: D3-27, D3-33A, D3-19, D3-38, D3-36, AP-19, AP-20.

Limita atenuatoare

Principiul de funcționare al atenuatoarelor limitatoare se bazează pe atenuarea undelor electromagnetice din interiorul ghidului de undă la o lungime de undă mai mare decât cea critică.

Scop: atenuatoare de bandă relativ îngustă de precizie medie a domeniului decimetrului .
Exemple: D4-3.

Atenuatoare absorbante

Principiul de funcționare al unui atenuator absorbant se bazează pe atenuarea undelor electromagnetice din materialele absorbante.

Scop: decuplarea atenuatoarelor în măsurători cu microunde.
Exemple: D5-20, D5-21, AR-06, AR-07, AR-15.

Principalele caracteristici normalizate ale atenuatoarelor de măsurare radio

Gama de frecvențe de funcționare
Gradul de atenuare sau intervalul de valori
Erori permise în domeniul de frecvență de funcționare
Raportul de unde staționare pentru intrare și ieșire
Putere maxima absorbita

Atenuatoare optice

Principiul de funcționare a atenuatoarelor optice

Funcționarea unui atenuator optic se bazează pe modificarea pierderilor optice atunci când se introduc filtre absorbante între capetele fibrelor optice. Pentru a potrivi capetele emițătoare și receptoare ale ghidurilor de lumină, sunt utilizate noduri de potrivire care colimează și concentrează radiația.

Scop: introducerea unei atenuări date și reglabile în sistemele de ghidare a luminii.
Exemple: OD1-20, AOI-3, FOD-5419.

Principalele caracteristici normalizate ale atenuatoarelor optice

Interval de reglare a atenuării
Gama de lungimi de unda
Eroare de setare a coeficientului de atenuare
Eroare de impedanță

Circuite de atenuare

Principalele circuite utilizate în atenuatoare sunt circuitele de tip P și de tip T. Pot fi dezechilibrate sau echilibrate în circuit, în funcție de linia cu care vor fi utilizate, dezechilibrate sau echilibrate. De exemplu, atenuatoarele utilizate cu linii coaxiale trebuie să fie dezechilibrate, în timp ce atenuatoarele utilizate cu perechi răsucite trebuie să fie echilibrate.

Figurile arată patru circuite de atenuare de bază. Deoarece circuitul atenuator este format numai din elemente rezistive pasive, este liniar și reversibil. Dacă circuitul este, de asemenea, simetric față de axa verticală (cum este de obicei cazul dacă rezistențele de intrare și de ieșire, Z1 și Z2, trebuie să fie egale), atunci porturile de intrare și de ieșire nu diferă, dar este obișnuit să se apeleze la partea stângă și dreaptă a circuitului de intrare și, respectiv, de ieșire.

Caracteristicile atenuatorului

Principalele caracteristici ale atenuatoarelor:

Atenuare , exprimată în decibeli . Un atenuator cu atenuare de 3 dB reduce puterea de ieșire la jumătate din intrare, 6 dB la 1/4, 10 dB la 1/10, 20 dB la o sutime, 30 dB la o miime și așa mai departe.
Gama de frecvență , de exemplu, 0-18 GHz
Putere disipată , în funcție de masa și suprafața materialului rezistiv, precum și de posibilele aripioare de răcire.
Intrare și ieșire SWR ( raportul undelor staționare ).
Precizie .
Repetabilitate .

atenuatoare RF

Atenuatoarele de radiofrecvență (RF) sunt în mod obișnuit coaxiale cu conectori potriviți ca porturi și structură internă coaxială, microbandă sau film subțire. Cuptorul cu microunde necesită un ghid de undă cu o structură specială.

Caracteristici importante pentru astfel de atenuatoare: precizie, SWR scăzut, răspuns în frecvență plat, repetabilitate.

Mărimea și forma atenuatorului depind de capacitatea sa de a disipa puterea. Atenuatoarele RF sunt utilizate ca sarcină și se știe că atenuează și protejează disiparea puterii la măsurarea semnalelor RF.

Atenuatoare audio

Un atenuator liniar într-un preamplificator sau un atenuator de putere după ce un amplificator de putere folosește rezistența electrică pentru a reduce amplitudinea semnalului trimis către difuzorul dinamic, reducând nivelul de ieșire. Un atenuator liniar are o putere mai mică, cum ar fi un potențiometru de 0,5 wați sau un divizor de tensiune și controlează nivelurile semnalelor preamplificatorului, în timp ce un atenuator de putere are o putere maximă mai mare, cum ar fi 10 wați sau mai mult, și este conectat. între amplificator și difuzor.

Valori nominale ale componentelor pentru circuitele de rezistență și atenuatoare

Această secțiune se referă la circuite în formă de P, T, L realizate pe rezistențe și având rezistență nereactivă pe fiecare port, adică parametrul de rezistență este un număr real.

Toate rezistențele, curenții, tensiunile și parametrii cu două porturi vor fi considerați reali. Pentru aplicare practică, această ipoteză este acceptabilă.
Circuitul este proiectat pentru o anumită rezistență de sarcină, Z Load , și în special pentru o anumită rezistență de sursă, Z s .

Rezistența la portul de intrare va fi Z S dacă portul de ieșire este terminat cu Z Load .
Rezistența la portul de intrare va fi Z Load dacă portul de ieșire se termină cu Z S .

Caracterizarea datelor pentru calcularea componentelor atenuatorului

Un atenuator cu două porturi este de obicei bidirecțional. Cu toate acestea, în această secțiune, va fi tratată ca fiind unidirecțională. În general, oricare dintre cele două cifre de mai sus va fi presupusă în majoritatea cazurilor. În cazul unui circuit în formă de L, cifra din dreapta va fi folosită dacă rezistența de sarcină este mai mare decât rezistența sursei interne.

Rezistorul din fiecare circuit primește o denumire unică de referință pentru a evita confuzia.

Calculul valorii componentei L-pattern presupune că rezistența pentru portul 1 (stânga) este egală sau mai mare decât rezistența pentru portul 2.

Termeni folosiți

Circuitul include circuite în formă de Pi, T, L, un atenuator cu două porturi.
Atenuatorul cu două porturi include circuite în formă de Pi, T, L.
Mufa de intrare se referă la mufa de intrare a unui atenuator cu două porturi.
Conector de ieșire înseamnă conectorul de ieșire al unui atenuator cu două porturi.
Simetric înseamnă cazul în care sursa și sarcina au impedanță egală.
Pierderea se referă la raportul dintre puterea care intră în intrarea atenuatorului și puterea disipată în sarcină.
Pierderea prin inserție se referă la raportul dintre puterea furnizată și sarcina dacă sarcina a fost conectată direct la sursă și puterea consumată de sarcină atunci când este conectată printr-un atenuator.

Simboluri folosite

Circuitele pasive, active și atenuatoarele sunt bidirecționale cu două porturi, dar în această secțiune vor fi tratate ca fiind unidirecționale.

Z S = impedanța de ieșire a sursei.
Z Load = impedanța sarcinii de intrare.
Z in = rezistența la portul de intrare când ZLoad este conectat la portul de ieșire. Zinul este o funcție a rezistenței la sarcină.
Z out = rezistența la portul de ieșire când Zs este conectat la portul de intrare. Zout este o funcție de impedanță sursă.
V s = tensiune în circuit deschis.
V in = tensiunea aplicată la intrarea sursei.
V out = tensiune aplicată sarcinii la portul de ieșire.
I in = curent furnizat la intrarea portului de la sursă.
I out = curent furnizat sarcinii de la portul de ieșire.
P in = V în I in = putere furnizată la intrarea portului de la sursă.

P out = V out I out = puterea consumată de sarcină de la portul de ieșire.

P direct = puterea care ar fi consumată de sarcină dacă sarcina ar fi conectată direct la sursă.
L pad = 10 log 10 (P in / P out ) întotdeauna. Și, dacă Z s = Z Load , atunci L pad = 20 log 10 (V in / V out ). Rețineți așa cum este definit Pierdere ≥ 0 dB
L insertion = 10 log 10 (P direct / P out ). Și, dacă Z s = Z Load , atunci L inserție = L pad .
Pierdere ≡ L pad . Pierderea este definită ca L pad .

Calculul unui atenuator simetric în formă de T

A=10^{{-Pierdere/20}}\qquad R_{a}=R_{b}=Z_{S}{\frac {1-A}{1+A}}\qquad R_{c}={ \frac {Z_{s}^{2}-R_{b}^{2}}{2R_{b}}}\qquad

Calculul unui atenuator simetric în formă de U

A=10^{-Pierdere/20}\qquad R_{x}=R_{y}=Z_{S}{\frac {1+A}{1-A}}\qquad R_{z}= {\frac {2R_{x}}{\left({\frac {R_{x}}{Z_{o}ut}}\right)^{2}-1}}]\qquad \

Calculul rezistenței în formă de L pentru ajustarea rezistenței

Dacă sursa și sarcina sunt rezistive (de exemplu, Z1 și Z2 au părți imaginare zero sau foarte mici), atunci se poate folosi un rezistor în formă de L pentru a le potrivi unul cu celălalt. După cum puteți vedea, ambele părți ale rezistenței pot fi sursă și încărcare, dar partea Z1 ar trebui să aibă cea mai mare rezistență.

R_{q}={\frac {Z_{m}}({\sqrt {\rho -1))))\qquad R_{p}=Z_{m}{\sqrt {\rho -1}}\qquad Pierdere=20\log _{{10}}\left({\sqrt {\rho -1}}+{\sqrt {\rho }}\quad \right)\quad {\text{unde}}\quad \ rho ={\frac {Z_{1}}{Z_{2}}}\quad Z_{m}={\sqrt {Z_{1}Z_{2}}}{\text{ }}\

Valorile pozitive mai mari înseamnă pierderi mai mari. Pierderea este o funcție monotonă a rezistenței. Valorile mai mari de rezistență necesită pierderi mai mari.

Conversia unui rezistor în formă de T într-un rezistor în formă de U

Aceasta este o transformare a stelei delta

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 \

Conversia unui rezistor în formă de U într-un rezistor în formă de T

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 \

Conversia între o rezistență cu două porturi și un circuit

Circuit T pentru parametrii de rezistență

Parametrii de rezistență pe un rezistor pasiv cu două porturi

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}}\

Este întotdeauna posibil să ne gândim la un circuit T rezistiv ca la un circuit cu două porturi. Reprezentăm următorii parametri deosebit de simpli pentru utilizarea rezistenței:

Z_{{21}}=R_{c}\qquad Z_{{11}}=R_{c}+R_{a}\qquad Z_{{22}}=R_{c}+R_{b}\

Parametrii rezistenței circuitului T

Ecuațiile anterioare sunt ușor reversibile, dar dacă pierderea este insuficientă, atunci unele componente ale circuitului t vor avea rezistențe negative.

R_{c}=Z_{{21}}\qquad R_{a}=Z_{{11}}-Z_{{21}}\qquad R_{b}=Z_{{{22}}-Z_{{21} }\

Opțiuni de intrare în formă de U

Acești parametri anteriori ai schemei T pot fi convertiți algebric în parametri ai schemei P.

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

Parametrii de intrare într-un circuit în formă de U

Ecuațiile anterioare sunt ușor reversibile, dar dacă pierderea este insuficientă, atunci unele componente ale circuitului vor avea rezistențe negative.

R_{z}={\frac {1}{Y_{{21}}}}\qquad R_{x}={\frac {1}{Y_{{{11}}-Y_{{21}}}}\ qquad R_{y}={\frac {1}{Y_{{22}}-Y_{{{21}}}}\

Cazul general, care determină parametrii de rezistență pe baza cerințelor

Deoarece circuitul este realizat în întregime cu rezistențe, trebuie să aibă o anumită pierdere minimă pentru a se potrivi cu sursa și sarcina dacă acestea nu sunt egale.

Pierderea minimă este dată astfel:

Pierdere_{{min}}=20\log _{{10}}\left({\sqrt {\rho -1}}+{\sqrt {\rho }}\right)\,\quad {\text{unde }}\quad \rho ={\frac {\max[Z_{S},Z_{{Load}}]}{\min[Z_{S},Z_{{Load}}]}}\

În ciuda faptului că sunt adaptate pasiv, cele două porturi pot avea mai puține pierderi dacă nu sunt convertite într-un atenuator rezistiv.

A=10^{{-Pierdere/20}}\qquad Z_{{11}}=Z_{S}{\frac {1+A^{2}}{1-A^{2}}}\qquad Z_ {{22}}=Z_{{Încărcare}}{\frac {1+A^{2}}{1-A^{2}}}\qquad Z_{{21}}=2{\frac {A{ \sqrt {Z_{S}Z_{{Încărcare}}}}}{1-A^{2}}}\

Odată definiți acești parametri, ei pot fi implementați ca un circuit în formă de T sau U așa cum este descris mai sus.

Aplicație

Atenuatoarele sunt utilizate atunci când este necesar să se atenueze un semnal puternic la un nivel acceptabil, de exemplu, pentru a evita supraîncărcarea intrării oricărui dispozitiv cu un semnal excesiv de puternic. Un efect secundar util este că utilizarea unui atenuator între linie și sarcină îmbunătățește raportul undelor de călătorie și raportul undelor staționare în linia de alimentare atunci când sarcina este prost potrivită cu linia.

Energia semnalului de intrare, neprimită la ieșire, este convertită în căldură, atât în atenuator optic, cât și în electric. Prin urmare, atenuatoarele puternice trebuie proiectate pentru a asigura răcirea.

În cel mai simplu caz, atenuatorul electric se bazează pe rezistențe .

Vezi și

Instrumente de măsurare radio

Note

↑ GOST 28324-89. Rețele de distribuție a sistemelor de recepție de televiziune și radiodifuziune. Clasificarea sistemelor de recepție, parametrii de bază și cerințele tehnice. Atasamentul 1.

Literatură

Manual de elemente ale aparatelor electronice radio / Ed. V. N. Dulina şi alţii - M .: Energie, 1978
Shkurin G.P. Manual de instrumente de măsură electrice și radio / Ed. a III-a. M., 1960

Documentatii normative si tehnice

IEC 60869-1(1994) Atenuatoare cu fibră optică. Partea 1: Specificații generale
GOST5.8814-88 Atenuatoare coaxiale și schimbătoare de fază, reglabile mecanic. Parametri de bază, proiectare și dimensiuni, metode de control
GOST 8.249-77 GSI. Atenuatoare de măsurare coaxiale și cu ghid de undă. Metode și mijloace de verificare în domeniul de frecvență de la 100 kHz la 17,44 GHz

Link -uri

Atenuatoare de semnal cu microunde
Schema schematică a dispozitivului de verificare a atenuatoarelor D1-13A
William Hayt, Jack E. Kemmerly. Analiza circuitelor de inginerie. — al 2-lea. - McGraw-Hill, 1971. - ISBN 0-07-027382-0 .
Mac E. van Valkenburg. Date de referință pentru ingineri: radio, electronică, computer și comunicații. - opt. - Newnes, 1998. - ISBN 0-7506-7064-9 .