Qué es un atenuador - Diseño, tipos y aplicaciones

La tecnología de comunicación inalámbrica ha abierto el camino a inventos muy interesantes. También se conoce como comunicación "por aire". Esta tecnología hizo que los móviles y la comunicación interplanetaria una realidad. La primera comunicación móvil inventada en 1880 fue el "Fotófono". Utilizaba la luz del sol para transferir el audio de un punto a otro. En los sistemas de telecomunicación, se utiliza alguna forma de energía, como las ondas de radio o la energía acústica, para transferir la información de un lugar a otro. Aquí no se utilizan cables y el medio de propagación suele ser el aire. Esta tecnología se enfrenta a algunos retos que degradan su eficacia y fiabilidad. Uno de estos retos es la atenuación. El dispositivo utilizado para la atenuación es el Atenuador.

¿Qué es el Atenuador?

Las señales se envían de un lugar a otro a través de un medio. Estas señales pueden ser señales de datos, de tensión, de corriente, etc. Cuando la distancia recorrida por la señal aumenta, la intensidad de la señal disminuye gradualmente. Esta pérdida gradual de intensidad de las señales a través del medio se llama Atenuación.

Aunque se considera un reto para la transferencia de señales a larga distancia, este fenómeno resulta útil en muchas otras tareas. El dispositivo diseñado para reducir la potencia de las señales sin alterar su forma de onda se denomina "Atenuador".

El atenuador se utiliza mucho después de los circuitos generadores de señales. Ayuda a atenuar o reducir la fuerza de las señales de alto nivel antes de aplicarlas a los circuitos de la antena. Un atenuador es un dispositivo electrónico de dos puertos Se diseña utilizando resistencias para debilitar o atenuar una señal. Los atenuadores son circuitos pasivos, funcionan sin ninguna fuente de alimentación. Están disponibles tanto como atenuador fijo con un nivel de atenuación fijo como como atenuador de cambio continuo. A diferencia del porcentaje de ganancia de los amplificadores, el atenuador da un porcentaje de pérdida. La cantidad de atenuación se mide en decibelios.

Diseño del atenuador

Los atenuadores son circuitos electrónicos pasivos de dos puertos. Se diseñan exclusivamente con resistencias. En este caso, las resistencias se disponen como una red divisora de tensión. El diseño de los atenuadores depende de la geometría de la línea de los cables de conexión entre dispositivos. Dependiendo de si una línea es equilibrada o desequilibrada, los atenuadores utilizados con la línea deben ser equilibrados o desequilibrados. Los atenuadores utilizados con las líneas coaxiales son de forma no equilibrada. Los atenuadores utilizados con par trenzado son de forma equilibrada.

El circuito del atenuador es tanto lineal como recíproco según la aplicación, el atenuador puede ser unidireccional o bidireccional. Cuando el circuito atenuador se hace simétrico, no habrá diferencia entre el puerto de entrada y el de salida. En ese caso, como norma general, el puerto izquierdo se considera de entrada y el derecho de salida.

Los atenuadores también se encuentran como circuitos integrados en los generadores de señales, así como en circuitos independientes. Los atenuadores independientes se colocan en serie entre una fuente de señal y un circuito de carga en la ruta de la señal. En este caso, además de proporcionar atenuación, debe igualar la impedancia de la fuente y la impedancia de la carga. Los atenuadores se encuentran en las líneas de comunicación y transmisión de radio para reducir la potencia de la señal.

Tipos de atenuadores

Los atenuadores están disponibles como atenuadores fijos y como atenuadores ajustables. Las redes de atenuadores fijos se conocen como "almohadillas atenuadoras". Están disponibles para valores específicos de 0dB a 100dB. Los atenuadores se encuentran habitualmente en aplicaciones de radiofrecuencia y ópticas. Los atenuadores de radiofrecuencia se utilizan en los circuitos electrónicos, mientras que los atenuadores ópticos tienen aplicaciones en la fibra óptica.

Algunas configuraciones comunes de los atenuadores son: la configuración en T, la configuración en PI y la configuración en L. Estas configuraciones son de tipo no equilibrado. El tipo equilibrado de la configuración T y las configuraciones pI se denominan configuración "H" y configuración O, respectivamente. El tipo equilibrado es un circuito simétrico, mientras que los tipos no equilibrados son circuitos asimétricos.

El diseño del atenuador basado en RF es de seis tipos. Son de tipo fijo, de tipo escalonado, de tipo continuamente variable, de tipo programable, de tipo DC Bias y de tipo DC Blocking.

Tipo fijo

En los atenuadores de tipo fijo, la red de resistencias está bloqueada en un valor de atenuación predeterminado. Se colocan en la trayectoria de la señal para atenuar la potencia de la señal transmitida. Pueden ser unidireccionales o bidireccionales según los requisitos de su aplicación. Pueden estar disponibles como tipos de montaje superficial, guía de ondas o coaxial. En un diseño basado en un chip, los diferentes tipos de materiales depositados en el sustrato conductor térmico desarrollan la resistencia. Este valor de resistencia depende de las dimensiones del chip y de los materiales utilizados para su fabricación.

Tipo de paso

Estos atenuadores son similares a los atenuadores fijos. Pero en este tipo, se dispone de un pulsador para ajustar los valores de atenuación. Sólo proporcionan valores de atenuación a partir de los pasos precalibrados. Según la aplicación, el atenuador puede utilizarse en formato de chip, guía de onda o coaxial.

Tipo continuamente variable

En el tipo continuamente variable, el valor de atenuación puede cambiarse manualmente a cualquier valor de atenuación del rango especificado. En este tipo, las resistencias presentes en la red del atenuador se restauran con los elementos de estado sólido, por ejemplo, MOSFET o diodo PIN. En comparación con la red de resistencias pasiva, al cambiar la tensión en los dispositivos FET se puede variar la atenuación con mayor resolución. Aquí es posible variar la atenuación de forma manual o con la ayuda de señales electrónicas.

Tipo programable

Este tipo también se denomina popularmente "Atenuador digital por pasos". Este componente se controla mediante una señal de control externa accionada por ordenador. Están controlados por los circuitos lógicos TTL con un rango de tamaño de paso como 2,4,6,......,32. Si la tensión aplicada a través de este atenuador es inferior a 1V, se alcanza el nivel lógico 0. Para tensiones de 3V y superiores, se obtiene el nivel lógico 1. Los niveles lógicos anteriores se utilizan para controlar los interruptores unipolares y de doble tiro que conectan varios atenuadores en la ruta de la señal. Este tipo también está disponible en los diseños USB con el software instalado.

Tipo de polarización DC

Este tipo de atenuador tiene una capacitancia tanto en el puerto de entrada como en el de salida del dispositivo que bloquea las tensiones de CC. Así, además de atenuar las señales de RF, este tipo pasa las señales de CC.

Tipo de bloqueo de CC

Este tipo es similar al tipo de bloqueo de CC. La única diferencia entre estos dos es la forma en que la señal de CC está totalmente bloqueada, sin ningún camino alternativo hacia el puerto de salida.

Atenuadores ópticos

Son similares a los atenuadores de RF, pero en lugar de señales eléctricas, atenúan las ondas de luz. Este atenuador absorbe o disipa la luz según los valores de atenuación, sin cambiar la forma de onda. Al igual que los atenuadores de RF, los atenuadores ópticos también se diseñan como fijos, variables, programables, etc. .... Se diseñan en función de los requisitos de la aplicación. Los atenuadores ópticos fijos utilizan fibras dopadas para dispersar la luz dada como entrada. Los atenuadores ópticos variables y programables están estrechamente relacionados con los atenuadores variables y programables de RF.

Atenuación en red

La atenuación es la reducción de la intensidad de la señal. Puede darse tanto en las señales analógicas como en las digitales. La atenuación se mide en decibelios. En los cables de fibra óptica, la atenuación se mide en número de decibelios por pie. El cable con menos atenuación por unidad de distancia se considera más eficiente.

La atenuación se observa en los sistemas de comunicación cuando las señales se transmiten a largas distancias. En el contexto de las redes informáticas, la atenuación es la pérdida de fuerza de las señales de comunicación o de datos cuando se transmiten a largas distancias. A medida que la tasa de atenuación disminuye, los datos transmitidos se distorsionan más. Las principales causas de la atenuación en la red informática son

• Alcance - Tanto en la comunicación por cable como en la inalámbrica, cuando una señal se transmite a largas distancias, la fuerza de la señal disminuye gradualmente.
• Interferencias - Las interferencias de cualquier tipo, como las obstrucciones físicas, disminuyen la intensidad de las señales transmitidas.

Los valores típicos de la atenuación de la línea en la red DSL oscilan entre 5dB y 50dB. Aquí la atenuación se mide como la pérdida de señal entre el punto de acceso del proveedor y el hogar. Cuanto menor sea el valor de la atenuación, mejor será la calidad de la señal. En las redes Wi-Fi se observa un escalado dinámico de la velocidad. Esto ajusta automáticamente la tasa de datos máxima de la conexión hacia arriba o hacia abajo en función de la calidad de transmisión de la línea.

Aplicaciones de los atenuadores

Algunas de las aplicaciones más destacadas de los atenuadores son las siguientes

• Los atenuadores se utilizan como equipos de control de volumen en las emisoras.
• En los laboratorios, para obtener señales de tensión más pequeñas, se utilizan atenuadores.
• Los atenuadores fijos se utilizan para mejorar la adaptación de la impedancia en los circuitos.
• Se utilizan para proteger los circuitos de los daños causados por valores de tensión elevados.
• Los atenuadores de RF se utilizan para la disipación protectora de la potencia en la medición de las señales de RF.
• Los atenuadores ópticos se aplican en la comunicación por fibra óptica para igualar adecuadamente los niveles del transmisor y el receptor.

Preguntas frecuentes

1). ¿Qué hace un atenuador de RF?

Para proteger los sistemas de los daños causados por las señales de alta potencia que son demasiado altas para ser procesadas por el circuito, los atenuadores de RF ayudan a reducir el nivel de amplitud de la señal de entrada.

2). ¿Qué es un atenuador pasivo?

Un atenuador pasivo es un circuito atenuador formado exclusivamente por resistencias. Este circuito no necesita ninguna fuente de alimentación para funcionar.

3). ¿Cómo se mide la atenuación?

La atenuación se mide en unidades de decibelios por unidad de longitud del medio.

4). ¿Cuál es la causa de la atenuación en las fibras ópticas?

En las fibras ópticas, las dos causas principales de la atenuación son la absorción y la dispersión.

5). ¿Para qué sirve el atenuador de las señales de TV?

El atenuador se utiliza en las señales de TV para ajustar la potencia de la señal y reducir las interferencias.

El atenuador ayuda a reducir los niveles de la señal. En este caso, la disipación de potencia del dispositivo depende de la superficie y la masa del material de la resistencia utilizada en su red. Algunas de las características importantes del atenuador de RF son su precisión, baja ROE, respuesta de frecuencia plana y repetibilidad.