Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии 


Фиксированные аттенюаторы на симметричных резистивных цепях




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].

Переменные аттенюаторы

Каждый переменный аттенюатор имеет диапазон регулирования ослабления, например, 0-20 дБ; это регулирование, как указано выше, может быть непрерывным или шаговым, ручным или программным.

Шаговые аттенюаторы

Чтобы создать шаговый аттенюатор, набор фиксированных аттенюаторов механически упорядочивают в барабане или на пластине для получения набора ослаблений путем переключения контактов. Этот способ обеспечивает высокую надежность. Шаги могут быть, например, 0.1, 1, или 10 дБ. На концах устройства устанавливаются стационарные коаксиальные разъемы. Такие конструкции применяются в диапазоне от 0 до 18-20 ГГц для приложений, требующих лишь гладкой неравномерности широкополосной частотной характеристики с низким КСВн и удовлетворительной восстанавливаемости в диапазоне от 0 до 120 дБ.

Переменные аттенюаторы с непрерывной регулировкой ослабления

Существуют следующие разновидности этих аттенюаторов:

  • «Стенка потерь»
  • «Подвижная лопасть (заслонка)»
  • «Роторная лопасть»
  • Переменный ответвитель
  • Абсорбционный
  • Коаксиальная резистивная пленка
  • «Переменное Т»
  • Запредельный волновод (плунжер)

Быстро переключаемые (перестраиваемые) аттенюаторы

Среди существующих переменных электронных (то есть управляемых сигналом) аттенюаторов (шаговых или управляемых напряжением) особое значение для интересующих нас приложений имеют такие, которые допускают очень быстрое переключение ослабления (с временем переключения порядка 30 нс), имеют высокую точность и повторяемость. Управляющие сигналы могут иметь вид тока смещения или цифровой. Ток смещения может быть импульсным, меандровым или синусоидальным. В коаксиальном шаговом варианте типичные параметры таких аттенюаторов таковы [17.1]:

  • Рабочие частоты: 0 – 40 ГГц
  • Ослабление: 0 – 11 или 20 дБ
  • Шаг: 1 дБ
  • Максимальный КСВн: 1.3 на 12.4 ГГц

1.7 на 34 ГГц

1.8 на 40 ГГц

  • Повторяемость: в пределах 0 – 0.03 дБ
  • Средняя мощность на входе: до 1 Вт

Аттенюатор с поглощающей стенкой

Предисловие

Совершенно очевидно, зачем нужно измерять мощность генерируемых, излучаемых, проходящих некоторый тракт, принимаемых сигналов, поскольку мощность – один из основных параметров сигналов, а в диапазоне СВЧ – главный и единственный энергетический параметр, т. к. вследствие волновой природы сигналов понятия тока и напряжения в этом диапазоне вообще не «работают».

В скалярном анализаторе цепей (САЦ) и скалярном спектроанализаторе (СА) мощность – единственный измеряемый параметр сигналов (зондирующих, опорных, отраженных, пропущенных, калибровочных), в векторном анализаторе цепей (ВАЦ) и векторном анализаторе спектра (ВАС) кроме него измеряются еще фазы многочисленных сигналов. Ошибки оценки мощностей в первом случае и мощностей и фаз – во втором напрямую определяют ошибки итоговых результатов: характеристик цепей и сигналов.

Хотя измерение мощности в диапазоне СВЧ – очень «старая» задача, ее решение во все новых разработках всегда не банально, т. к. должно удовлетворять все более высоким и взаимно противоречивым требованиям точности, мощностного и временного разрешений, быстродействия, помехоустойчивости, повторяемости, надежности и экономичности. Это становится возможным в основном благодаря технологическому прогрессу сенсоров мощности и развитию техники оцифровки и компьютерной обработки сигналов. Вторжение элементов цифровой и вычислительной техники произвело революцию в технике измерения мощности, как и вообще в измерительной технике.

Все измерительные приборы диапазона СВЧ должны измерять мощность тех или иных колебаний – в узкой сканирующей полосе или в широкой полосе, на коротком интервале времени («мгновенная»), или на длинном интервале («средняя»), непрерывных или импульсных сигналов.

В этом ряду приборов ВАЦ и САЦ имеют только одну «поблажку»: поскольку эти приборы основаны на принципе зондирования, в них измеряются мощности сигналов с высоким уровнем априорной информации. В частности, как правило, известны временная, частотная и модуляционная структуры сигналов. Зато ряд других требований выступают в ужесточенной форме. Это особенно относится к требованию широкого динамического диапазона (в особенности в ВАЦе) в сочетании с малым временем измерения мощности, обусловленным быстрым и широкодиапазонным сканированием или переключением частоты.

Другое жесткое требование – предельно малая случайная ошибка в условиях ограниченности времени измерения и невысокого отношения сигнал-шум. Это иногда не вполне осознанное требование возникает в связи с предпринимаемыми большими усилиями по согласованию трактов и калибровке и коррекции систематической ошибки (особенно в ВАЦе): случайная ошибка не должна превалировать над малой скорректированной систематической ошибкой.

Перечисленные выше факторы эффективности измерения мощности взаимно противоречивы, поэтому требуется знать, как методически и аппаратурно оптимально разрешить эти противоречия. Например, общая ошибка измерения мощности складывается из ряда парциальных ошибок, обусловленных различными взаимопротиворечивыми факторами, и понижение общей ошибки есть результат методических и конструктивных компромиссов.

С другой стороны, точность и чувствительность, точность и динамический диапазон мощностей и т. д. предъявляют противоположные требования к параметрам аппаратуры, и требуются многочисленные оптимальные конструктивные решения. Ясно, что лучший способ разрешения всех этих проблем – обобщить исторический опыт создания измерителей мощности, накопленный по мере прогресса технологий и последовательного наступления тенденций микроминиатюризации, цифровых технологий, компьютеризации, – с одной стороны, и по мере развития техники скоростной связи, радиолокации, радионавигации и других, и, следовательно, умеренного усложнения структуры сигналов, – с другой стороны.

Вопрос измерения мощностей опорных и тестовых сигналов ВАЦ, САЦ, СА, ВАС тесно связан с энергетическим балансом прибора, то есть с уровнем мощности генератора, чувствительностью и полосой ПЧ приемников, динамическим диапазоном при тестировании различных устройств, как линейных, так и нелинейных. Учет и увязка этих факторов с эффективностью прибора и экономическими реалиями – столь сложная задача требует выработки определенной концепции оптимизации измерительных приборов СВЧ, которая, в свою очередь, нуждается в усвоении мирового опыта измерения мощности СВЧ-сигналов.

Основные понятия

Единицы

Ватт. Международная система единиц СИ устанавливает в качестве единицы мощности ватт (Вт) [21.1]: один Вт есть один джоуль в секунду.

Децибелы. Во многих случаях удобно пользоваться относительной мощностью, то есть отношением мощности к некоторой опорной мощности . Относительная мощность безразмерна. В свою очередь, относительную мощность удобно выражать в децибелах (дБ):

(21.1.1)

Использование децибелов дает два преимущества. Во-первых, сокращается диапазон используемых чисел; например, диапазон от +63 дБ до -153 дБ более компактен, чем диапазон от до . Во-вторых, вместо умножения чисел в натуральных величинах суммируются числа в децибелах, что удобно, например, при каскадном соединении усилителей или последовательном соединении аттенюаторов и т. д.

дБм. Это популярная и удобная логарифмическая единица абсолютной мощности. Формула для мощности в этих единицах получается из (21.1.1) при =1 мВт:

. (21.1.2)

Смысл исчисления абсолютной мощности в этих единицах: «столько-то дБ выше одного мВт» (отсутствие знака означает «плюс», при отрицательном значении смысл: «столько-то дБ ниже 1 мВт»). Преимущества исчисления абсолютной мощности в дБм те же, что исчисления относительной мощности в дБ.

Категории мощности

Только для сигнала в виде постоянного тока (напряжения) термин мощность имеет прозрачный смысл, не требующий пояснений: мощность равна произведению тока и напряжения. В остальных случаях в зависимости от временной структуры сигнала и опорного масштаба времени различают «среднюю мощность», «импульсную мощность» и «пиковую мощность огибающей».

Средняя мощность.

Для идеализированной модели сигнала в виде периодического переменного напряжения (тока) бесконечной длительности термин «мощность» относится к постоянным составляющим тока и напряжения; здесь опорный масштаб времени бесконечен. В более реалистической модели сигнала в виде синусоидальных тока и напряжения на сопротивлении (в общем случае – комплексном) длительностью в целое число периодов используется средняя мощность, понимаемая как среднее по времени от произведения переменных тока и напряжения на длительности сигнала:

. (21.1.3)

Здесь – круговая частота, – амплитуды напряжения и тока, – фазовый угол между током и напряжением. Вычисление интеграла в (21.1.3) дает:

(21.1.4)

Если длительность сигнала в этой модели составляет очень много периодов , то можно усреднение проводить на любом интервале , причем неважно, включает ли он целое или нецелое число периодов , так как разница между этими случаями исчезающее мала. В той же синусоидальной модели среднюю мощность можно выразить и через среднеквадратичные напряжение и ток :

, (21.1.5)

поскольку .

В еще более реалистической модели с током и напряжением, имеющими полосовой спектр, измерение средней мощности должно включать усреднение по интервалу , составляющему очень много периодов нижней частоты спектра: . Если спектр узкополосный, можно заменить на период центральной частоты . Если сигнал имеет амплитудную модуляцию, усреднение должно проводиться по многим периодам нижней модуляционной частоты.

Импульсная мощность.

Мощностные сенсоры

Важнейшей и принципиальной частью измерителя мощности СВЧ-волны является сенсор: прибор, воспринимающий мощность волны и конвертирующий высокочастотную мощность в измеримый сигнал постоянного тока или низкочастотный сигнал. Из всех мыслимых чувствительных к мощности переменного тока приборов в историческом развитии «выжили» три вида мощностных сенсоров, актуальных для измерительных приборов диапазонов ВЧ и СВЧ – термистор, термопара и диодный детектор. Каждый из них имеет определенные преимущества и недостатки по отношению к другим сенсорам. Хотя по сумме современных требований к анализаторам цепей будет выбран один из этих типов, полезно обсудить все три типа.

В целом каждый блок измерения мощности анализатора цепей кроме сенсора включает соответствующий соединитель сенсора с линией передачи, мощность волны в которой должна быть измерена, соединитель выхода сенсора с собственно измерителем, который, в свою очередь, может включать оцифровщик, элемент временного окна, регистратор и т. п. Наличие цифровой обработки в блоке измерения мощности при условии подходящего математического обеспечения позволяет расширить список вычисляемых мощностных параметров; например, кроме средней, импульсной и пиковой мощности, блок может отображать такие мощностные характеристики, как интегральная функция распределения мощности, позволяющая определять процент времени превышения отношением «пик-среднее» специфического сигнального уровня [21.8].

Термисторные сенсоры

Термисторные сенсоры – разновидность болометрических сенсоров. Другая разновидность – сенсоры на барретерах. Барретер это тонкая проволочка с положительным температурным коэффициентом сопротивления и сравнительно небольшим сроком службы. Болометрические сенсоры, особенно термисторные, сыграли важную историческую роль в радиочастотных и СВЧ измерениях мощности, но в последние годы термопарные и диодные технологии отвоевали существенную часть этих приложений, вследствие их увеличенной чувствительности, более широкого динамического диапазона и более высоких мощностных характеристик. Тем не менее, термисторы все еще выбирают для переноса мощностных стандартов, вследствие их подстановочной возможности к мощности по постоянному току. Поэтому производитель измерительных приборов СВЧ даже в случае, если в их блоках измерения мощности не будет термисторов, обязательно встретится с последними в порядке мощностной трассируемости, в частности, при калибровке примененных мощностных сенсоров. И в настоящее время важное значение имеет возможность применения термисторных сенсоров в переносимых стандартах, в процессах калибровки других типов сенсоров, в технике реализации трассируемости и циклического обмена между пользователями по всему миру. Термисторные сенсоры позволяют производить измерения калибровочного фактора с высокой точностью и повторяемостью, они высоко портативны и стабильны.

Вообще болометры это мощностные сенсоры, которые действуют путем изменения сопротивления при изменении температуры, которые, в свою очередь, образуются в результате превращения радиочастотной или микроволновой энергии в тепло внутри болометрического элемента. В отличие от барретера, термистор это полупроводниковый элемент с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления.

Термисторные сенсоры, используемые для радиочастотных измерений, это маленькие бусинки металлического окисла, обычно 0.4 мм диаметром с проволочными усиками диаметром 0.03 мм. В балансно-мостовой технике термисторный элемент всегда устанавливается на постоянном сопротивлении R с помощью постоянного или низкочастотного смещения. Когда радиочастотная мощность рассеивается на термисторе, уменьшая сопротивление, мощность смещения стремится сбалансировать мост и поддерживать R тем же. Это уменьшение мощности смещения затем показывается на измерителе и индицирует радиочастотную мощность.

Термисторные элементы устанавливаются в коаксиальных структурах, поэтому они совместимы с общими системами на линиях передачи, работающими как на радиочастотах, так и на микроволновых частотах. Современные термисторные сенсоры имеют второй комплект компенсирующих термисторов, предназначенных для поправки на вариации температуры окружающей среды.

Детекторная цепь

 

Напряжение на диоде:

; (21.2.3)

подставляя это выражение в (21.2.2) и усредняя по периоду, находим средний ток в :

. (21.2.4)

Учитывая, что интеграл от по периоду равен нулю, из (21.2.4) получаем

. (21.2.5)

Поскольку , из (21.2.5) находим выходное напряжение детектора:

. (21.2.6)

Уравнение (21.2.6) показывает, что выходное напряжение детектора пропорционально уровню входной радиочастотной мощности [21.10, 21.11]. Для больших входных сигналов детекторная цепь ведет себя как пиковый детектор с емкостью , заряженной до пикового напряжения на каждой прямой половине периода. После сглаживания получается , то есть линейный пиковый детектор. Таким образом, диапазон квадратичного закона детектирования ограничен шумом на своем нижнем пределе и наступлением линейного закона детектирования на своем верхнем пределе.

Верхний рисунок: зависимость выходного напряжения от входной мощности; нижний рисунок: зависимость девиации от квадратичного закона от входной мощности

 

Рис. 21.2.8 показывает типичную кривую диодного детектирования [21.12], начинающуюся близко к шумовому уровню порядка -70 дБм и продолжающуюся до уровня +20 дБм. В нижней области «квадратичного закона» выходное напряжение диодного детектирования прямо пропорционально входной мощности ( пропорционально ) и поэтому измеряет мощность прямо. Выше -20 дБм диод совершает характерный переход к линейной детекторной функции (переходная зона) ( пропорционально ) и соотношение квадратичного закона уже не верно.

Традиционно диодные мощностные сенсоры специфицировали для измерения мощности в диапазоне от -70 до -20 дБм, делая их преимущественным сенсорным типом для применений, которые требуют высокой чувствительности измерений, подобных верификационным входным уровням в тестах чувствительности приемника. В применениях, которые требуют высокой скорости измерений, диодные сенсоры предпочитают термопарным типам за их более быструю реакцию на изменения входной мощности. Примеры этой высокочувствительной диодной технологии – серия 8480 -адических сенсоров фирмы Аджилент.

Когда необходимо тестирование от -70 дБм до +20 дБм, что становится все более частым случаем, традиционный подход – использовать диодный сенсор для покрытия нижнего конца диапазона, а термопарный сенсор – верхнего конца диапазона. Однако, эта дуальная измерительная конфигурация не отвечает требованию малости тестового времени, особенно если должна достигаться оптимальная точность измерения. Чтобы выполнить эти требования, часто идут по другому пути: расширяют динамический диапазон диодных мощностных сенсоров путем использования корректирующих факторов. Последние выводятся из экспериментов с генератором непрерывных волн разных частот, заносятся в таблицу с двумя входами – частота и мощность, и сохраняются в памяти компьютера. С помощью корректирующих факторов можно компенсировать отклонения детекторной характеристики от квадратичного закона в переходной области (примерно от -29 дБм до 0 дБм) и области линейного детектирования (выше 0 дБм). В применении к единичному сенсору это приводит к возможности точного измерения мощности непрерывной волны и сигналов постоянной амплитуды от -70 дБм до +20 дБм. Этот рецепт расширения динамического диапазона годится для скалярного анализатора цепей, пока и поскольку в нем используются сигналы без модуляции и с периодической модуляцией, но не обязательно годится, если используется непериодическая модуляция и, тем более, сложные виды модуляции, типичные для систем беспроводной связи. В последнем случае корректирующие факторы, установленные в экспериментах с непрерывной волной, могут привести к дополнительным ошибкам, сравнимым с самыми большими ошибками, обусловленными измерительными неопределенностями опорного источника и инструментальными неопределенностями.

Дифференцируя (21.2.1) по (для этого сначала находим , а затем «переворачиваем» дробь) и полагая , получаем начальное сопротивление:

. (21.2.7)

Если ко входу детектора подключается коаксиальная линия передачи с характеристическим сопротивлением 50 Ом, то было бы идеально, если было равно 50 Ом; тогда детектор был бы согласован с подводящей линией и осуществлял бы максимальное преобразование мощности и имел бы максимальную чувствительность. Однако это невозможно. Действительно, подставляя в (21.2.7) значения и , находим

,

и для того, чтобы было Ом, необходимо, чтобы обратный ток насыщения достигал 0.5 мА. На самом деле, для точечно-контактных диодов, диодов на переходе и на металл-полупроводниковом переходе значения достигают лишь величин 10 мкА, 1 нА, 1 мкА соответственно, а минимальные значения – 2.5 кОм, 25 Мом, 25 кОм. Продолжая рассмотрение вопроса, заметим, что точечно-контактные диоды хрупки, нестабильны и не могут использоваться для нормального точного измерения мощности; остается сравнить диоды на переходе и на металл-полупроводниковом переходе (диоды Шоттки), которые, наоборот, высоко стабильны.

Планарная эпитаксиальная конструкция мезоструктурной формы диода Шоттки с малой областью перехода

 

Ошибки измерения мощности

Источники ошибок

В данном разделе мы коснемся только трех принципиальных составляющих систематической ошибки измерения мощности. С более подробными методиками анализа ошибки (в том числе со стандартизованными международными методиками) можно познакомится в литературе, например, [21.3–21.6]. В качестве сенсора в необходимых случаях имеется в виду диодный сенсор с квадратичной характеристикой.

Главные источники ошибки измерения мощности на СВЧ таковы:

  • Рассогласование мощностной головки с подводящим трактом СВЧ сигнала.
  • Неопределенность из-за многократных отражений между мощностной головкой и источником измеряемого сигнала.
  • Неточность калибровки мощностной головки и ее к.п.д.

Кроме того, существуют систематические и случайные составляющие ошибки, возникающие в цепях обработки последетекторных сигналов, оцифровки, регистрации и т. д.

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





Рекомендуемые страницы:


Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-17; Просмотров: 1007; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2019 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.03 с.) Главная | Обратная связь