คำถามที่พบบ่อย: ตัวลดทอนสัญญาณคืออะไร

ตัวลดทอนสัญญาณเป็นองค์ประกอบทางไฟฟ้าที่ได้รับการออกแบบมาเพื่อลดแอมพลิจูดของสัญญาณที่ไหลผ่านองค์ประกอบ โดยไม่ทำให้คุณภาพของสัญญาณนั้นลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ตัวลดทอนสัญญาณถูกใช้ในระบบความถี่วิทยุ (RF) และระบบแสง ตัวลดทอนสัญญาณแบบ RF โดยทั่วไปถูกใช้ในวงจรไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ ในขณะที่ตัวลดทอนสัญญาณแบบแสงถูกใช้ในเส้นใยแก้วนำแสง โดยพื้นฐานแล้วมีการออกแบบตัวลดทอนสัญญาณแบบ RF อยู่ 6 แบบ ได้แก่ แบบคงที่ (fixed) แบบขั้น (step) แบบปรับแปรต่อเนื่อง (continuously variable) แบบโปรแกรมได้ (programmable) แบบ DC Bias และแบบ DC Blocking

ข้อมูลจำเพาะหลักของตัวลดทอนสัญญาณที่ควรพิจารณารวมถึง ระดับการลดทอนที่วัดเป็นเดซิเบล (dB) ช่วงความถี่ (MHz) การรับมือกับกำลังไฟฟ้า (W) และความต้านทาน (โอห์ม)

ตัวลดสัญญาณแบบคงที่

ตัวลดทอนสัญญาณโดยทั่วไปประกอบด้วยเครือข่ายความต้านทานที่ช่วยให้ความร้อนสามารถกระจายตัวออกไปได้ในอัตราที่กำหนด มีอยู่ไม่กี่รูปแบบพื้นฐาน ได้แก่ รูปแบบ "T" รูปแบบ "L" และรูปแบบ "Pi" รูปแบบที่ได้รับการยอมรับดังกล่าวมีสมการและค่าความต้านทานที่กำหนดไว้แล้ว ซึ่งสามารถใช้เพื่อให้ได้ค่าความต้านทานลักษณะเฉพาะ (Z0) ตลอดช่วงความถี่ต่างๆ และยังเป็นที่รู้จักกันในชื่อตัวลดทอนสัญญาณแบบไม่สมดุล (unbalanced attenuators) ที่มีวงจรไม่สมมาตร ส่วนรูปแบบตัวลดทอนแบบ Tee ที่สมดุลหรือวงจรสมมาตร เรียกว่ารูปแบบ "H" และรูปแบบตัวลดทอน Pi ที่สมดุล เรียกว่ารูปแบบ "O"

ตัวลดทอนสัญญาณแบบไม่สมดุลมีอยู่ 3 รูปแบบพื้นฐาน ได้แก่ L, Tee และ Pi ส่วนรูปแบบที่สมดุลของ Tee และ Pi คือ H และ O ตามลำดับ รูปแบบที่สมดุลคือเครือข่ายความต้านทานที่สมมาตร ในขณะที่แบบไม่สมดุลคือแบบไม่สมมาตร

ตัวลดสัญญาณแบบคงที่ถูกตั้งค่าให้ลดทอนสัญญาณที่ค่าคงที่และไม่เปลี่ยนแปลงโดยเครือข่ายต้านทานเหล่านี้ ติดตั้งไว้ในเส้นทางของสัญญาณเพื่อลดพลังงานที่ส่งออกไป ตัวลดสัญญาณสามารถเป็นแบบผิวสัมผัส (Surface Mount) แบบเวฟไกด์ หรือแบบโคแอกเชียล ขึ้นอยู่กับการใช้งาน ตัวลดสัญญาณสามารถเป็นแบบมีทิศทางเดียวหรือแบบสองทิศทางก็ได้ สัญญาณจะไหลจากอินพุตไปยังเอาต์พุตเท่านั้นในตัวลดสัญญาณแบบมีทิศทางเดียว และสามารถไหลไป-กลับได้ในตัวลดสัญญาณแบบสองทิศทาง สำหรับตัวลดสัญญาณแบบชิป ความต้านทานจะถูกสร้างขึ้นโดยใช้วัสดุที่เคลือบลงบนฐานที่นำความร้อนได้ดี และขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิตว่าเป็นแบบฟิล์มหนาหรือฟิล์มบาง ทั้งขนาดทางกายภาพและวัสดุที่ใช้จะให้ค่าความต้านทานเฉพาะที่แตกต่างกันออกไป นอกจากนี้ ยังสามารถทำให้ตัวลดสัญญาณแบบปรับตัวแปรต่อเนื่องมีความต้านทานได้ โดยการจัดเรียงประกอบด้วยแท่งต้านทานและจานต้านทาน อย่างไรก็ตาม ตัวลดสัญญาณจำนวนมากยังคงถูกสร้างขึ้นโดยใช้ชิป

ตัวลดสัญญาณแบบขั้นตอน

แอตเทนยูเอเตอร์แบบขั้นตอน (Step attenuators) นั้นโดยพื้นฐานถือเป็นแอตเทนยูเอเตอร์แบบคงที่ เนื่องจากยังคงเป็นองค์ประกอบแบบพาสซีฟที่ประกอบด้วยเครือข่ายความต้านทานต่าง ๆ เพื่อสร้างการลดทอนสัญญาณที่เฉพาะเจาะจง ค่าการลดทอนสามารถเลือกได้จากปุ่มกดแบบแมนนวล หรือการหมุนสวิตช์แบบโรตารี แอตเทนยูเอเตอร์แบบขั้นตอน ต่างจากแอตเทนยูเอเตอร์แบบแปรค่าที่สามารถสร้างค่าการลดทอนได้เฉพาะตามขั้นตอนที่กำหนดไว้ล่วงหน้าเท่านั้น ตัวอย่างเช่น แอตเทนยูเอเตอร์แบบปุ่มกดขั้นตอนสามารถปรับจาก 0 ถึง 45.5 เดซิเบล และขึ้นอยู่กับการจัดวางของปุ่มกดนี้ ค่าการลดทอนสามารถเพิ่มขึ้นทีละ 0.5 เดซิเบล

แอตเทนยูเอเตอร์แบบแปรค่าต่อเนื่อง

ตัวลดทอนแบบปรับต่อเนื่องสามารถปรับด้วยมือเพื่อให้ได้ค่าการลดทอนที่อยู่ภายในช่วงและระดับความละเอียดที่กำหนดไว้ ในตัวลดทอนแบบปรับต่อเนื่องแบบแอคทีฟ วงจรตัวต้านทานที่ใช้ในตัวลดทอนแบบถาวรและตัวลดทอนแบบขั้นตอนได้ถูกแทนที่ด้วยองค์ประกอบแบบเซมิคอนดักเตอร์ เช่น ทรานซิสเตอร์แบบผลึกบาง (MOSFETs) หรือไดโอด PIN โดยสามารถปรับค่าการลดทอนเฉพาะที่ได้ละเอียดมากขึ้นด้วยการควบคุมแรงดันไฟฟ้าบนทรานซิสเตอร์หรือกระแสไฟฟ้าบนไดโอด เมื่อเทียบกับการใช้เครือข่ายตัวต้านทานแบบพาสซีฟ ค่าการลดทอนสามารถควบคุมได้ด้วยมือหรือควบคุมทางอิเล็กทรอนิกส์โดยใช้มอเตอร์เพื่อรักษาค่าการลดทอนที่ต้องการไว้

ตัวลดทอนแบบโปรแกรมได้

ตัวลดทอนสัญญาณแบบโปรแกรมได้ หรือที่เรียกว่าตัวลดทอนแบบดิจิทัลสเต็ป เป็นองค์ประกอบที่ถูกควบคุมโดยแรงดันไฟฟ้าภายนอก โดยการควบคุมจากภายนอกนี้มักขับเคลื่อนโดยคอมพิวเตอร์ มักถูกควบคุมผ่านทางอินพุตแบบทรานซิสเตอร์-ทรานซิสเตอร์ลอจิก (TTL) และขนาดของสเต็ปโดยทั่วไปคือ 1, 2, 4, 8, 16 และ 32 ตัวลดทอนที่ถูกควบคุมด้วย TTL จะมีระดับลอจิกเป็น '0' เมื่อแรงดันที่ถูกใช้งานกับตัวลดทอนเฉพาะจุดต่ำกว่า 1 โวลต์ และมีระดับลอจิกเป็น '1' เมื่อแรงดันที่ใช้งานมีค่าประมาณ 3 โวลต์หรือสูงกว่า ระดับลอจิกเหล่านี้จะควบคุมสวิตช์แบบ single-pole, double-throw (SPDT) ที่เชื่อมต่อตัวลดทอนต่างๆ ในเส้นทางสัญญาณ เพื่อให้ได้การลดทอนที่ต้องการ ในด้านของตัวลดทอนแบบโปรแกรมได้ ยังมีการออกแบบที่ควบคุมผ่านพอร์ต USB เพื่อให้การเชื่อมต่อระหว่างตัวลดทอนกับคอมพิวเตอร์สะดวกยิ่งขึ้น โดยปกติแล้วจะมีการจัดแพ็กเกจพร้อมซอฟต์แวร์ที่มีอยู่เดิม เพื่อให้สามารถควบคุมอุปกรณ์ได้อย่างรวดเร็ว

ตัวลดทอนแบบ Dc passing

ตัวลดทอนสัญญาณกระแสตรง (DC bias attenuators) หรือที่เรียกว่าตัวลดทอนสัญญาณที่ผ่านกระแสตรง (dc bias passing attenuators) เป็นอุปกรณ์ที่สามารถส่งผ่านกระแสตรง (dc) ขณะเดียวกันก็ลดทอนสัญญาณความถี่วิทยุ (RF signal) ด้วย โดยทั่วไปจะมีค่าความจุไฟฟ้า (capacitance) อยู่ที่ทางเข้าและทางออกของตัวลดทอนสัญญาณ ซึ่งทำหน้าที่กั้นกระแสตรงไม่ให้ไหลผ่านตัวลดทอน แต่อนุญาตให้สัญญาณ RF ผ่านไปได้ ในขณะที่กระแส dc จะถูกเบี่ยงเบนให้ไหลผ่านเส้นทางอื่นไปยังทางออกแทน

ตัวลดทอนสัญญาณบล็อกกระแสตรง (Dc blocking attenuators)

ตัวลดทอนสัญญาณบล็อกกระแสตรง (DC blocking attenuators) มีลักษณะคล้ายกับแบบ dc bias ตรงที่สามารถบล็อกสัญญาณกระแสตรง (dc signal) ไว้ แต่แตกต่างตรงที่กระแส dc จะถูกบล็อกไว้โดยสมบูรณ์โดยไม่มีทางออกไปยังขั้วออกของอุปกรณ์ สัญญาณ dc ที่ต้องการบล็อกสามารถวางตัวบล็อกแบบอนุกรมกับตัวนำศูนย์กลาง (center conductor) ซึ่งเรียกว่า “inner dc block” หรือจะวางแบบอนุกรมกับตัวนำด้านนอก (outer conductor) ก็ได้ ซึ่งจะเรียกว่า “outer dc block” นอกจากนี้ยังมีตัวลดทอนสัญญาณบล็อก dc ที่มีทั้ง inner และ outer dc block พร้อมกัน

ตัวลดทอนสัญญาณเวฟไกด์ (Waveguide attenuators)

ตัวลดทอนสัญญาณแบบเวฟไกด์จะทำหน้าที่ลดทอนสัญญาณ RF ในระบบเวฟไกด์ โดยทั่วไปจะทำได้โดยการติดตั้งฟิล์มความต้านทานไว้ที่ศูนย์กลางของเวฟไกด์ ตัวลดทอนสัญญาณแบบเวฟไกด์ที่ปรับค่าได้อย่างต่อเนื่องโดยทั่วไปใช้สกรูในการปรับตำแหน่งวัสดุที่มีความต้านทานจากด้านข้างของผนังเวฟไกด์เข้าสู่ศูนย์กลาง โดยในกรณีนี้ วัสดุที่มีความต้านทานจะถูกออกแบบรูปร่างให้ให้ค่าการลดทอนเปลี่ยนแปลงแบบเชิงเส้น แบบจำลองเวฟไกด์บางแบบอนุญาตให้ผู้ใช้ป้อนค่าด้วยตนเองผ่านปุ่มหมุน เพื่อให้ได้ค่าการลดทอนที่ต้องการ สิ่งนี้ช่วยทำให้กระบวนการง่ายขึ้นโดยไม่ต้องปรับสกรูในตัวลดทอนสัญญาณแบบเวฟไกด์ที่ปรับค่าได้อย่างต่อเนื่อง และไม่ต้องวัดค่าการลดทอนซ้ำๆ จนกว่าจะได้ค่าที่ต้องการ

ตัวลดทอนสัญญาณแสง

ตัวลดทอนแสงจะทำหน้าที่ลดทอนคลื่นแสงแทนที่จะเป็นคลื่นอิเล็กตรอน ดังนั้นตัวลดทอนชนิดนี้โดยทั่วไปจึงทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบที่มีหน้าที่ดูดซับหรือกระจายแสง คล้ายกับการออกแบบแบบ RF มีตัวลดทอนแสงหลายประเภทที่ถูกออกแบบมาเฉพาะทางสำหรับการใช้งานที่เฉพาะเจาะจง ตัวลดทอนแสงแบบคงที่มักใช้เส้นใยแก้วนำแสงที่ผ่านการผสมสาร (doped fibers) หรือการต่อเชื่อมที่มีการเบี่ยงเบน (offset splices) เพื่อกระจายแสง ตัวลดทอนแสงแบบปรับค่าได้มีลักษณะคล้ายกับตัวลดทอนแบบ RF ที่ปรับค่าได้และตัวลดทอนแบบโปรแกรมควบคุมระดับขั้นได้ โดยสามารถปรับตั้งค่าได้ทั้งแบบแมนวลหรือผ่านระบบอิเล็กทรอนิกส์เพื่อให้ได้ค่าการลดทอนที่ต้องการ