Главная / Полезная информация / Что такое аттенюатор

Аттенюатор: что это, как устроен и зачем ослаблять сигнал при измерениях

Опубликовано: 2026-11-10 · Интермера

Аттенюатор - это устройство, которое уменьшает мощность или амплитуду сигнала на заранее известную величину и почти не искажает его форму. По смыслу он противоположен усилителю: усилитель дает усиление, аттенюатор - ослабление. Чаще всего это пассивная цепь из резисторов, собранная как делитель напряжения. Ослабление выражают в децибелах: аттенюатор 3 дБ оставляет на выходе половину мощности, 10 дБ - десятую часть, 20 дБ - сотую. В измерениях аттенюатор ставят, чтобы снизить сигнал до диапазона прибора, защитить вход прибора от слишком большого уровня и улучшить согласование линии с нагрузкой.

Ниже - как перевести децибелы в разы, какие бывают аттенюаторы, как устроены П- и Т-схемы, где аттенюатор нужен при измерениях и как его проверить. Калькулятор под оглавлением рассчитает резисторы для любого затухания и сопротивления.

Что такое аттенюатор простыми словами

Слово происходит от французского attenuer - смягчить, ослабить. Аттенюатор плавно, ступенями или на фиксированную величину понижает интенсивность электрических или электромагнитных колебаний. ГОСТ 28324-89 определяет его как элемент для снижения уровня сигналов, который обеспечивает фиксированное или регулируемое затухание. Как средство измерений аттенюатор - мера ослабления сигнала, его можно рассматривать и как измерительный преобразователь.

Идеальный аттенюатор ослабляет все частоты рабочей полосы одинаково. Его амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) не зависит от частоты и меньше единицы, а фазо-частотная (ФЧХ) линейная. Поэтому форма сигнала на выходе та же, что на входе, меняется только масштаб.

Чаще всего аттенюатор - пассивная цепь из резисторов, то есть набор делителей напряжения. Если переключать резисторы, получается ступенчатый аттенюатор, если поставить потенциометр - плавный. Для высоких частот резистивные цепи точно подстраивают под низкий коэффициент стоячей волны (КСВ). В звукотехнике аттенюатор называют словом pad.

У ослабления есть цена: энергия, которая не прошла на выход, превращается в тепло - и в электрическом, и в оптическом аттенюаторе. Поэтому размер аттенюатора зависит от мощности, которую он рассеивает.

Затухание в децибелах: как перевести дБ в разы

Затухание аттенюатора выражают в децибелах: L = 10 lg(P1 / P2), где P1 - мощность на входе, а P2 - мощность в нагрузке. Если сопротивления на входе и выходе одинаковы, то же затухание считают по напряжениям: L = 20 lg(U1 / U2). Отсюда правило: ослабление напряжения - это корень из ослабления мощности. Аттенюатор 6 дБ уменьшает мощность в 4 раза, а напряжение и ток - в 2 раза.

Проценты в таблице - наш расчет по формулам выше. Ходовые номиналы аттенюаторов - 3, 6, 10, 20 и 40 дБ. Иногда затухание выражают в неперах: 1 непер - около 8,7 дБ.

Децибелы удобно складывать и вычитать. Абсолютный уровень мощности считают в дБм - относительно 1 мВт: 0 дБм - это 1 мВт, 30 дБм - 1 Вт. Уровень после аттенюатора - это уровень на входе в дБм минус затухание в дБ. Пример (наш расчет): 1 Вт, или +30 дБм, после аттенюатора 30 дБ превращается в 0 дБм, то есть в 1 мВт, а около 0,999 Вт остается в аттенюаторе теплом. Так же считают целую линию: потери разъемов, кабеля и аттенюаторов в дБ вычитают из уровня передатчика в дБм, а два согласованных аттенюатора 10 и 20 дБ подряд дают 30 дБ.

Какие бывают аттенюаторы

Аттенюаторы делят по нескольким признакам:

• по набору значений - фиксированные, ступенчатые (в том числе программируемые) и плавные (в том числе электрически управляемые);
• по диапазону - радиоизмерительные и оптические;
• по способу подключения - коаксиальные, волноводные и волоконно-оптические;
• по принципу действия радиоизмерительные аттенюаторы бывают резисторными, емкостными, поляризационными, предельными и поглощающими.

Радиочастотные аттенюаторы обычно коаксиальные: с точными разъемами на входе и выходе и с коаксиальной, микрополосковой или тонкопленочной структурой внутри. На сверхвысоких частотах нужна уже волноводная конструкция.

Обозначения по ГОСТ 15094

Отечественные измерительные аттенюаторы обозначают по ГОСТ 15094: буква Д и номер подгруппы, по которому видно принцип действия и назначение прибора.

Измерительные аттенюаторы - средства измерений, и их поверяют. Методы и средства поверки коаксиальных и волноводных аттенюаторов в диапазоне от 100 кГц до 17,44 ГГц задает ГОСТ 8.249-77, а для волоконно-оптических аттенюаторов есть стандарт IEC 60869-1.

Как устроен резистивный аттенюатор: П- и Т-схемы

Основные схемы резистивных аттенюаторов называют по их форме на схеме: П-образная и Т-образная. В Т-схеме два резистора Ra и Rb стоят последовательно в линии, а третий, Rc, - между их средней точкой и общим проводом. В П-схеме наоборот: два резистора Rx и Ry идут от входа и выхода на общий провод, а Rz стоит последовательно между ними. Цепь из одних резисторов линейна и обратима, а у симметричной схемы вход и выход не отличаются.

П- и Т-схемы несимметричны относительно земли, поэтому подходят для коаксиальных линий. Для симметричной линии, например витой пары, нужен сбалансированный аттенюатор: половину последовательного сопротивления переносят в обратный провод. Из П-схемы так получается О-звено, из Т-схемы - Н-звено.

Симметричный аттенюатор рассчитывают на одно сопротивление Z - источника и нагрузки. Сначала находят коэффициент передачи по напряжению A = 10^(-L/20), где L - затухание в дБ. Дальше резисторы считают так:

• Т-схема: Ra = Rb = Z(1 - A)/(1 + A); Rc = (Z^2 - Ra^2)/(2Ra), это то же самое, что 2AZ/(1 - A^2) (наш пересчет).
• П-схема: Rx = Ry = Z(1 + A)/(1 - A); Rz = 2Rx / ((Rx/Z)^2 - 1), или Z(1 - A^2)/(2A).

Если выход аттенюатора нагружен на Z, его входное сопротивление тоже равно Z. Так аттенюатор встраивается в линию и не нарушает согласования. Ходовые сопротивления - 50 Ом для радиочастот, 75 Ом для видео и дипольных антенн, 600 Ом для звука и телефонии. Готовые номиналы по этим формулам (наш расчет):

Точных номиналов среди серийных резисторов нет, поэтому берут ближайшие из ряда E24 с допуском 5%. Для 10 дБ и 50 Ом Т-схема на 27 и 36 Ом дает около 10,07 дБ и 51,5 Ом на входе, а П-схема на 100 и 68 Ом - около 9,63 дБ и 50,3 Ом (наш расчет, его повторяет калькулятор). Т-схему можно пересчитать в П-схему преобразованием звезда - треугольник и обратно, поэтому выбирают ту, где номиналы удобнее.

Г-звено: переход с 75 на 50 Ом

Если сопротивления источника и нагрузки разные, например кабель 75 Ом нужно подключить к прибору с входом 50 Ом, ставят Г-образное звено из двух резисторов. Без потерь резисторы согласовать не могут: минимальное затухание равно 20 lg(корень(p - 1) + корень(p)), где p - отношение большего сопротивления к меньшему.

Для 75 и 50 Ом отношение равно 1,5, и минимальные потери - около 5,7 дБ (наш расчет): последовательный резистор 43,3 Ом ставят со стороны 75 Ом, параллельный 86,6 Ом - со стороны 50 Ом. Для перехода 600/50 Ом потери уже около 16,6 дБ. Это затухание прибавляют к показаниям прибора.

Какие характеристики смотреть в паспорте

У радиоизмерительного аттенюатора нормируют несколько характеристик. Вот что они значат на практике:

• Затухание - номинальное значение в дБ или диапазон значений и допустимая погрешность в диапазоне рабочих частот; для измерений важна и повторяемость.
• Номинальное сопротивление - например, 50 Ом. Аттенюатор на 75 Ом в 50-омном тракте даст отражения, и его затухание будет другим (наш вывод из формул выше).
• Диапазон частот - например, от постоянного тока до 18 ГГц. Вне этого диапазона затухание не нормировано.
• КСВ по входу и выходу - чем он ниже, тем меньше аттенюатор сам отражает сигнал.
• Максимальная поглощаемая мощность - зависит от массы и площади резистивного материала и от ребер охлаждения. Ее сравнивают с мощностью на входе: почти вся она остается в аттенюаторе.
• У оптических аттенюаторов - диапазон регулировки ослабления, диапазон длин волн и погрешность установки ослабления.

Отдельно смотрят разъемы. Коаксиальные аттенюаторы для радиочастот часто выпускают с разъемами SMA. Подробный разбор - в статье про разъем SMA: это резьбовой разъем на 50 Ом, обычный SMA рассчитан на частоты до 18 ГГц, отдельные исполнения - до 26,5 ГГц.

Нагрев распределяется неравномерно (наш расчет). В аттенюаторе 10 дБ на 50 Ом при 1 Вт на входе до нагрузки доходит 0,1 Вт, первый по ходу сигнала резистор рассеивает около 0,52 Вт, резистор на общий провод - 0,33 Вт, выходной - 0,05 Вт, и в П-, и в Т-схеме. Поэтому входной резистор берут с запасом по мощности.

Для СВЧ-трактов аттенюаторы выпускают как отдельные компоненты, вместе с нагрузками, переходами и кабельными сборками. Например, у производителя СВЧ-компонентов Qualwave активные и пассивные компоненты рассчитаны на диапазон от постоянного тока до 110 ГГц, а среди продукции есть аттенюаторы и коаксиально-волноводные переходы.

Где аттенюатор нужен в измерениях

Защита входа и диапазон прибора

Главная задача измерительного аттенюатора - снизить сильный сигнал до уровня, который прибор измеряет без перегрузки, и защитить вход от уровня, который может его повредить. Типичный пример - анализатор спектра или сигналов. Перед его входом ставят аттенюатор известного затухания, а затухание в дБ прибавляют к показаниям прибора (наш вывод из сложения децибел).

Полосу аттенюатора подбирают под прибор (наш вывод): например, в каталоге анализаторов сигналов и спектра Keysight есть и ручные ВЧ и СВЧ анализаторы, и анализатор сигналов UXA N9042B на диапазон от 2 Гц до 110 ГГц.

Согласование и КСВ

Если нагрузка плохо согласована с линией, часть волны отражается, и в линии растет КСВ. Аттенюатор между линией и такой нагрузкой улучшает коэффициент бегущей волны и снижает КСВ. Причина простая (наш вывод): отраженная волна проходит аттенюатор дважды, к нагрузке и обратно. Поэтому аттенюатор 10 дБ ослабляет отражение со стороны линии примерно на 20 дБ. Расплата - полезный сигнал тоже ослабевает на 10 дБ.

Аттенюатор в осциллографе и щуп x10

Входной аттенюатор есть в каждом осциллографе. Как разобрано в статье об осциллографе-мультиметре и портативном осциллографе, канал осциллографа - это входной аттенюатор, предварительный усилитель и быстрый АЦП, обычно 8-битный. Аттенюатор и усилитель приводят сигнал к диапазону АЦП.

Второй аттенюатор стоит в самом щупе. В щупе x10 последовательно с наконечником включен резистор 9 МОм. Вместе со входом осциллографа 1 МОм он образует делитель 10:1. Резистор зашунтирован конденсатором, поэтому делитель работает и на высоких частотах. Плюс такого щупа - емкостная нагрузка на схему падает примерно в 10 раз. Минус - сигнал на входе осциллографа тоже в 10 раз меньше, то есть на 20 дБ по напряжению (наш пересчет).

Чтобы деление не зависело от частоты, щуп компенсируют при каждом подключении: подают на него прямоугольный сигнал 1 кГц с калибратора на передней панели осциллографа и подстраивают конденсатор, пока прямоугольник не станет самым ровным. В положении x1 переключателя x1/x10 аттенюатор обходится - это для очень малых сигналов. Для осциллографов с входом 50 Ом делают резистивные щупы: резистор 450 Ом на наконечнике дает деление 10, 950 Ом - деление 20.

Оптические аттенюаторы

Оптический аттенюатор уменьшает мощность светового сигнала в волокне или в свободном пространстве. Бывают фиксированные, ступенчато-регулируемые и плавно регулируемые. Обычно они поглощают свет, как солнцезащитные очки, и не должны отражать его обратно в линию. В измерительном оптическом аттенюаторе между торцами световодов вводят поглощающие фильтры.

Применяют их двумя способами: временно вносят откалиброванные потери, чтобы проверить запас линии по мощности, или ставят постоянно, чтобы согласовать уровни передатчика и приемника. Многомодовым системам аттенюаторы обычно не нужны: их источники редко дают мощность, которая перегружает приемник. Одномодовым линиям, особенно дальним линиям DWDM, аттенюаторы нужны часто. Фиксированные оптические аттенюаторы встраивают в патч-корды или делают переходниками под разъемы LC, SC, ST, FC, MU и E2000. Намотать волокно на карандаш можно только как временную меру: изогнутое волокно со временем ломается.

Аттенюаторы в звукотехнике

В звукотехнике различают линейный аттенюатор в предусилителе - например, потенциометр на 0,5 Вт или делитель напряжения - и аттенюатор мощности на 10 Вт и больше между усилителем и громкоговорителем. Второй уменьшает громкость, превращая часть мощности усилителя в тепло.

Как проверить аттенюатор

Резистивный аттенюатор, который пропускает постоянный ток, можно быстро проверить мультиметром в режиме сопротивления (порядок и ожидаемые значения - наш расчет по формулам выше):

1. Подключите к выходу нагрузку с сопротивлением Z, например согласованную нагрузку 50 Ом, и измерьте сопротивление со стороны входа. У исправного аттенюатора оно близко к Z.
2. Снимите нагрузку. С разомкнутым выходом вход покажет Z(1 + A^2)/(1 - A^2): для аттенюатора 50 Ом и 10 дБ - около 61,1 Ом, для 20 дБ - около 51,0 Ом, для 3 дБ - около 150 Ом.
3. Замкните выход перемычкой. Вход покажет Z(1 - A^2)/(1 + A^2): для 50 Ом и 10 дБ - около 40,9 Ом.

Значения одинаковы для П- и Т-схемы, поэтому знать схему не обязательно. Обрыв резистора даст слишком большое сопротивление, замыкание - слишком малое.

Мультиметр проверяет аттенюатор только на постоянном токе. Затухание на рабочих частотах измеряют генератором и анализатором спектра или измерителем мощности: записывают уровень в дБм при прямом соединении, затем включают аттенюатор между ними. Разность уровней - это вносимые потери, то есть затухание. Замер повторяют на нескольких частотах рабочего диапазона, а КСВ по входу и выходу измеряют анализатором цепей.

Итог

• Аттенюатор уменьшает мощность или амплитуду сигнала на известную величину почти без искажения формы; обычно это пассивная цепь из резисторов.
• Затухание считают в дБ: 3 дБ - половина мощности, 10 дБ - десятая часть, 20 дБ - сотая; напряжение падает как корень из мощности.
• Аттенюаторы бывают фиксированными, ступенчатыми и плавными, радиоизмерительными и оптическими; по ГОСТ 15094 - подгруппы от Д1 до Д6 и ОД1.
• Резистивный аттенюатор собирают по П- или Т-схеме с A = 10^(-L/20): для 50 Ом и 10 дБ - 25,97 и 35,14 Ом в Т-схеме или 96,25 и 71,15 Ом в П-схеме.
• В паспорте смотрят затухание и погрешность, сопротивление, диапазон частот, КСВ и мощность.
• В измерениях аттенюатор защищает вход прибора, улучшает согласование, работает в щупе осциллографа x10 и в оптических линиях.