Паяем ступенчатый аттенюатор 0-40 дБ

30 сентября 2020

Некоторое время назад мы научились делать аттенюаторы. Но каждый раз паять аттенюатор под очередную задачу неудобно. В связи с этим было решено вложить немного времени в изготовление ступенчатого аттенюатора (step attenuator). В русском языке его иногда называют переключаемым аттенюатором, шаговым аттенюатором, и так далее. Это все одно и то же.

Идея достаточно проста:

Схема ступенчатого аттенюатора

Перед нами аттенюатор и переключатель для его обхода. Соединяем последовательно такие аттенюаторы, например, на 1, 2, 4 и 8 дБ, и, выставив переключатели в правильное положение, можно получить любое значение от 0 до 15 дБ. «Правильно положение» будет соответствовать двоичному представлению требуемого числа.

Мной были использованы следующие компоненты:

Перечисленные наборы выводных углеродистых резисторов с допуском ±5% были куплены еще в незапамятные времена. Тогда мне надоело искать резисторы нужного номинала под каждую новую схему. Тумблеры вы можете помнить по статье Доработка антенного тюнера MFJ-971, в ней была использована та же модель. Корпус было решено попробовать новый. Он похож на Gainta G0124, который ранее был использован для эквивалента нагрузки 50 Ом 100 Вт и самодельного цифрового интерфейса. Однако BS13 чуть шире, имеет строго вертикальные стенки вместо слегка наклоненных, а также в нем предусмотренны готовые резьбы для болтов.

Компоненты были расположены в корпусе таким образом:

Внутреннее устройство ступенчатого аттенюатора

Я ошибся с размерами, забыв про выступающую внутрь корпуса часть разъемов BNC. А переключателей очень хотелось не меньше семи. Было решено сместить их от центра корпуса. Аттенюаторы экранированы при помощи перегородок из стеклотекстолита. Не знаю, насколько они помогают, но точно не вредят. Две нижние перегородки были добавлены, когда я заподозрил утечку сигнала между жилами BNC-разъемов. В итоге эти перегородки ничем не помогли, но я решил их оставить.

Так вот, по поводу утечки:

Утечка сигнала в ступенчатом аттенюаторе

Это уровень сигнала, проходящий через полностью разомкнутый переключатель. Опыт с самодельным ответвителем подсказывает, что близко расположенные контакты так не текут, даже если нарочно располагать их как можно ближе. Отсюда был сделан вывод, что использованные тумблеры не очень подходят для задачи. Невозможно сделать аттенюатор, скажем, на 70+ дБ, когда -22 дБ протекают просто так.

В итоге на частотах до 150 МГц удалось получить аттенюацию до 40 дБ:

Аттенюация сигнала на 10, 25 и 40 дБ

На скриншоте изображены АЧХ аттенюатора, выставленного в 10, 25 и 40 дБ. Как видите, 40 дБ получаются уже довольно примерные. Если попытаться сделать большую аттенюацию, АЧХ совсем портится.

Для измерения возвратных потерь воспользуемся самодельным КСВ-мостом:

Возвратные потери ступенчатого аттенюатора

Зеленая линия отмечает уровень -10 дБ, что соответствует КСВ 1.92. Желтый график соответствует наихудшему случаю. Это возвратные потери, когда аттенюатор выставлен в 0 дБ. Пурпурный график показывает возвратные потери, когда аттенюатор выставлен в 2 дБ. Чем выше аттенюация, тем лучше КСВ. В целом, аттенюатор неплохо работает на КВ. Также его можно использовать на УКВ диапазоне 2 метра, если очень нужно.

Окончательный вид устройства:

Самодельный ступенчатый аттенюатор

Номиналы резисторов:

1 dB: R1 = 5.6, R2 = R3 = 910
2 dB: R1 = 12,  R2 = R3 = 430
4 dB: R1 = 24,  R2 = R3 = 220
8 dB: R1 = 51,  R2 = R3 = 120
9 dB: R1 = 62,  R2 = R3 = 100

По деньгам получилось 14$ по курсу на момент написания статьи. Это пренебрегая стоимостью наборов резисторов, поскольку наборы долгоиграющие. Поиск на eBay по фразе «step attenuator» находит предложения от 35$. Заявлена аттенюацая до 82 дБ с допуском ±0.3 дБ и КСВ ≤ 1.2 на частотах до 250 МГц.

Выводы о том, стоит ли делать подобный аттенюатор, или лучше купить готовый, предлагаю вам сделать самостоятельно. Я же могу лишь заявить, что интересно провел вечер за проектом, и в процессе узнал кое-что новое об аттенюаторах.

Метки: , , .