Коаксиальный аттенюатор: номинал ослабления и рассеиваемая мощность

Что делает коаксиальный аттенюатор

Аттенюатор — пассивный узел с двумя разъёмами, который уменьшает мощность сигнала на заданное число децибел и при этом сохраняет волновое сопротивление 50 Ом на входе и выходе. По классификации ГОСТ 15094-69 это аттенюатор поглощающий: часть мощности он пропускает, а часть поглощает и превращает в тепло. В отличие от согласованной нагрузки, аттенюатор отдаёт остаток мощности дальше по тракту.

Номинал и доля мощности

Номинал в децибелах пересчитывается в долю мощности на выходе как 10^(−A/10). Номиналы серий KADAMM и что они означают:

Децибелы складываются, а доли перемножаются: 10 дБ и ещё 10 дБ — это 20 дБ и одна сотая мощности. Поэтому уже при номинале 10 дБ почти вся входная мощность остаётся в аттенюаторе.

Рассеиваемая мощность — главный параметр

Номинальная мощность аттенюатора — это мощность, которую он может рассеять, не перегреваясь. Её сравнивают не с выходной мощностью и даже не с входной, а с разницей между ними. Пусть на вход приходит 40 Вт. Сетка мощностей обычных серий KADAMM: 2, 5, 10, 25, 50, 100, 200 Вт; в таблице — ближайшая ступень с запасом 25 %:

Главный вывод таблицы: для номиналов от 10 дБ мощность аттенюатора почти равна мощности источника, какой бы маленькой ни была мощность на выходе. Ошибка «на выходе всего 40 мВт, возьму двухваттный» заканчивается перегревом.

Пример: измерение передатчика

Нужно измерить передатчик мощностью 43 дБм (20 Вт) прибором, которому допустимо на входе, скажем, не более +20 дБм — это условное значение для примера, реальное берут из паспорта прибора. Требуется ослабление не меньше 23 дБ; с запасом 3 дБ ближайший номинал в сериях — 30 дБ. В аттенюаторе рассеется около 19,9 Вт, значит, нужна ступень 25 Вт.

Если прибор ещё и дорогой, на вход добавляют второй маломощный аттенюатор: он страхует от ошибки подключения, а основную мощность рассеивает первый.

Каскад аттенюаторов

Номиналы в каскаде складываются: 20 и 10 дБ дают 30 дБ. Но тепло распределяется неравномерно — почти всё рассеивает первый по ходу мощности. При 40 Вт на входе первый аттенюатор на 20 дБ рассеет 39,6 Вт, второй на 10 дБ — всего 0,36 Вт. Поэтому в каскаде мощным делают первый узел, а второй может быть маломощным. Переставить их местами нельзя.

Серии KADAMM и как читать артикул

Аттенюаторы KADAMM выпускаются сериями, в которых комбинируются номинал, мощность и разъём:

Число исполнений — произведение вариантов: у АТ-3000 7 номиналов × 7 мощностей × 3 разъёма = 147, у АТП-698/4200 7 × 4 × 3 = 84. Артикул собирается по шаблону: например, АТ-10-50-3000-43 — аттенюатор серии АТ-3000 на 10 дБ и 50 Вт с разъёмами 4.3-10. Разъём у аттенюатора с одной стороны вилка, с другой розетка — он встаёт в разрыв тракта между кабелем и портом.

Допуск номинала

Номинал выдерживается не абсолютно точно. У серии КАДАММ АТП-25-У допуски указаны по каждому номиналу: 3 (±0,5), 6 (±1,0), 10 (±1,0), 15 (±1,0), 20 (±1,0), 30 (±1,3) дБ. Чем больше номинал, тем больше абсолютный допуск.

Для выравнивания уровней в распределённой системе этого достаточно, а для точных измерений фактическое ослабление конкретного аттенюатора измеряют и вносят поправку в результат.

Согласование

Хороший аттенюатор мало отражает на обоих разъёмах. В паспортах KADAMM согласование дано возвратными потерями; в пересчёте на КСВН:

Полезное свойство аттенюатора: он улучшает согласование того, что стоит после него. Отражённая от нагрузки волна проходит через аттенюатор дважды и ослабляется на удвоенный номинал, поэтому источник видит нагрузку заметно лучше согласованной — но не лучше, чем позволяют возвратные потери самого аттенюатора. Этим пользуются при измерениях, ставя небольшой аттенюатор перед рассогласованным входом.

Интермодуляция

Поглощающий элемент и контакты при большой мощности могут порождать продукты интермодуляции. У обычных серий KADAMM PIM3 −105 дБн, у серий с низкой интермодуляцией — −160 дБн. Разница в 55 дБ решающая, если аттенюатор стоит в тракте с несколькими мощными несущими: обычный аттенюатор там создаст помехи приёмникам. Для измерений и выравнивания уровней без мощных несущих обычные серии подходят.

Полоса частот

Полоса обычных серий начинается с постоянного тока: АТ-3000 до 3000 МГц, АТ-4000 до 4000 МГц. Серии с низким PIM начинаются с 698 МГц и доходят до 3800 или 4200 МГц. Если по кабелю идёт питание блоков RET или мачтового усилителя, помните: аттенюатор ослабит и его, а допустимые напряжение и ток в паспорте не указаны — такую установку согласуйте с менеджером заранее.

Ватты и дБм: быстрый пересчёт

Уровни в тракте удобнее считать в дБм: P(дБм) = 10·lg(P / 1 мВт), и тогда аттенюатор просто вычитает свой номинал. Ступени мощности обычных серий KADAMM в дБм и мощность на выходе при разных номиналах:

Из таблицы видно, как быстро падает уровень: даже 200 Вт после 30 дБ превращаются в 200 мВт. Но аттенюатор, который это делает, должен сам рассеять почти все 200 Вт.

Пример: выравнивание уровней

Условный пример для распределённой системы в здании. От источника до трёх антенн разные потери: первая — 8 дБ, вторая — 14 дБ, третья — 20 дБ. Чтобы все антенны излучали одинаково, ближние ослабляют до уровня дальней:

Номиналы идут ступенями 3, 5, 6, 10, 15, 20, 30, 40 дБ, поэтому точного совпадения может не быть: остаток в 1–2 дБ обычно допустим, а если нет — собирают каскад из двух аттенюаторов. Мощность аттенюаторов в распределённой системе считают по уровню в точке установки, а не по мощности источника: после разветвителей и кабеля она заметно меньше.

Аттенюатор и нагрузка: мощный эквивалент антенны

Когда нужно нагрузить передатчик на 100 Вт, а нагрузки такой мощности нет, перед нагрузкой ставят аттенюатор. С номиналом 10 дБ до нагрузки дойдёт 10 Вт, аттенюатор рассеет 90 Вт — значит, нужна его ступень 200 Вт, а нагрузка нужна на 10 Вт с запасом.

Бонус такой сборки — согласование: отражение от нагрузки проходит аттенюатор туда и обратно, поэтому передатчик видит возвратные потери нагрузки плюс удвоенный номинал, но не больше собственных возвратных потерь аттенюатора. Подробнее о нагрузках — в статье о согласованной нагрузке.

Климат, защита и стандарты

Все серии аттенюаторов KADAMM рассчитаны на температуру −40…+65 °C, климатическое исполнение УХЛ1 по ГОСТ 15150-69 — эксплуатация на открытом воздухе умеренного и холодного климата, степень защиты оболочки IP65 по ГОСТ 14254-2015.

• Классификация — ГОСТ 15094-69, подгруппа Д, вид Д5 «Аттенюаторы поглощающие».
• КСВН, волновое сопротивление, вносимое ослабление — термины и параметры по ГОСТ 18238-72.
• Соединитель N — присоединительные размеры по ГОСТ 13317-89 (IEC 61169-16), 4.3-10 — по IEC 61169-54, 7-16 — по IEC 61169-4.
• Сертификаты и декларации — по запросу.

Где аттенюатор стоит в тракте

• Перед входом измерительного прибора или приёмника — чтобы не перегрузить и не повредить его.
• В распределённой системе здания — чтобы выровнять уровни на антеннах, расположенных близко к источнику.
• На входе репитера или усилителя — чтобы ограничить сильный донорский сигнал.
• Перед нагрузкой — чтобы собрать мощный эквивалент антенны из аттенюатора и нагрузки меньшей мощности.

Как выбрать аттенюатор

• Номинал — по требуемому снижению уровня с учётом допуска.
• Мощность — по рассеиваемой: входная мощность минус выходная, с запасом.
• Полоса — перекрывает все частоты тракта; для постоянного напряжения — уточнить.
• PIM — низкий для трактов с мощными несущими.
• Разъём — под тракт, без переходников.
• Монтаж — в разрыв тракта или на стену: массивный корпус лучше закрепить, а не оставлять висеть на разъёмах.

Типичные ошибки

• Выбор мощности по выходу, а не по рассеиваемой.
• Маломощный аттенюатор первым в каскаде.
• Обычный аттенюатор в многооператорном тракте.
• Номинал «впритык» к пределу прибора без запаса.
• Переходник между аттенюатором и портом.