5_10a (1086060)
Текст из файла
5.9 МАЛОШУМЯЩИЕ УСИЛИТЕЛИ СВЧ
5.9.1 Общие сведения о малошумящих усилителях
Малошумящие усилители (МШУ) применяются для уменьшения шума и повышения чувствительности радиоприемного устройства. На СВЧ в МШУ применяются СВЧ транзисторы, ЛБВ, туннельные диоды, параметрические полупроводниковые диоды, джозефсоновские переходы и квантовые приборы. Наиболее важный параметр усилителя в первом каскаде000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 приемника – уровень собственных шумов.
Наименьший шум из существующих усилителей имеют квантовые парамагнитные усилители (КПУ) — их шумовая температура в сантиметровом диапазоне волн 10 К. Однако, в КПУ необходимо охлаждение парамагнитного вещества до температуры жидкого гелия (4 К), что требует использования дорогих криогенных установок, ограничивающих области применения этого вида усилителей.
В широком диапазоне частот, включая миллиметровые волны, в усилителях могут быть использованы джозефсоновские переходы (УДП), работающие при гелиевых температурах [9, 92]. Джозефсоновские переходы с малой емкостью (точечные контакты, тонкопленочные мостики) могут использоваться для параметрического усиления слабых СВЧ сигналов, причем накачкой может служить как внешний источник, так и собственная джозефсоновская генерация перехода (автонакачка).
УДП применяют, главным образом, в радиоастрономии, но весьма эффективно использование джозефсоновских переходов в смесителях миллиметрового диапазона. УДП имеют наиболее высокий частотный предел и, обладая шумовой температурой 15 ... 50 К, по шумам лишь немного уступают КПУ.
Примерно такую же шумовую температуру имеют параметрические полупроводниковые усилители (ППУ), если их охладить до температуры жидкого азота (78 К) или водорода (20 К), что связано с меньшими техническими трудностями. Шумовая температура охлаждаемых ППУ порядка 17... 20 К при водородном уровне и 50 К при азотном уровне, что позволяет эффективно их использовать в системах спутниковой связи. Если охладить ППУ до гелиевой температуры, можно получить практически такую же шумовую температуру, как и в КПУ.
Неохлаждаемые ППУ работают без криогенной аппаратуры в широком диапазоне частот (0,3 ... 50 ГГц) и позволяют получить сравнительно низкие шумовые температуры 30 ... 300 К (в зависимости от частоты). Эти их достоинства определили широкое использование ППУ в радиолокации, спутниковой связи и некоторых других областях радиотехники.
В последнее время ППУ начинают вытесняться усилителями на полевых (ПТ) и биполярных (БТ) транзисторах. Особенно большое распространение получили в интегральных схемах на СВЧ усилители на полевых транзисторах с барьером Шоттки (ПТШ) на основе арсенида галлия. На частотах до 3 ГГц усилители на БТ почти не уступают по параметрам усилителям на ПТ, но с повышением частоты преимущество на стороне полевых транзисторов. Особенность ПТШ – преимущественно тепловая природа его шумов, поэтому охлаждение приводит к значительному уменьшению коэффициента шума. Усилители на ПТ, охлажденные до водородной температуры, имеют почти такие же шумы, как УДП и охлажденные ППУ, а в схемном и конструктивном отношениях значительно проще последних.
Несколько худшими, чем ППУ и усилители на ПТ шумовыми свойствами обладают усилители на туннельных диодах (УТД), которые в трехсантиметровом диапазоне имеют шумовую температуру ~ 300 К.
Усилители на туннельных диодах используются, главным образом, в сантиметровом диапазоне, но могут работать в диапазоне 0,25 … 20 ГГц.
Более шумящие, но зато широкополосные, – усилители на лампах бегущей волны (ЛБВ). В диапазоне от 0,25 до 100 ГГц шумовые температуры усилителей на ЛБВ лежат в пределах от 300 до 3000 К.
Шумовые и усилительные свойства МШУ, в значительной степени, зависят от рабочей частоты – рис. 6.1.
КПУ, ППУ и УТД – регенеративные усилители двухполюсного типа, у которых одни и те же клеммы являются входными и выходными. К резонатору, связанному с отрицательным сопротивлением, поступает волна сигнала, происходит регенерация, и отраженная усиленная волна поступает в ту же линию, которая подводит сигнал к резонатору. Такие двухполюсные регенеративные усилители подключаются к антенне и нагрузке (входу приемника) с помощью циркуляторов, которые обеспечивают стабильность параметров усилителя при изменении импеданса цепей источника и нагрузки, а также предотвращают регенерацию шумов нагрузки.
|
|
| Рис. 6.1 – Шумовые температуры и коэффициенты шума различных типов МШУ в зависимости от частоты: 1 – КПУ; 2 – УДП; 3 – ППУ охл. до 20К; 4 – УПТ охл. до 20К; 5 – ППУ охл. до 78К; 6 – ППУ неохл.; 7– УТД; 8 – УПТ неохл.; 9 – УБТ неохл.; 10 – ЛБВ; 11– смесители на ДБШ |
Циркуляторы обеспечивают однонаправленное движение электромагнитной волны и позволяют, поэтому разделить прямую и отраженную волны – рис. 6.2.
|
Рис. 6.2, а) – Схема включения регенеративного усилителя | На рис. 6.2, а) – схема включения регенеративного усилителя «на отражение»: СН – согласованная нагрузка; Ц – циркулятор; Пр – приемник; А – антенна; РУ – регенеративный усилитель. |
Сигнал из антенны А (рис. 6.2, а) поступает на вход циркулятора 1, усиливается в регенеративном усилителе (РУ), подключаемом ко входу 2; отраженная волна поступает от входа 2 ко входу 3, к которому подключается основной супергетеродинный приемник Пр. Отраженная от приемника (вследствие плохого согласования) волна поглощается согласованной нагрузкой СН, подключаемой ко входу 4. При хорошем согласовании нет необходимости в четвертом плече и можно ограничиться трехплечным или Y-циркулятором. При необходимости обеспечить более надежную развязку включают несколько (два – три) циркулятора, образующие пятиплечный циркулятор.
В некоторых случаях можно реализовать регенеративный усилитель и по схеме четырехполюсника, когда сигнал подводится к резонатору по одной линии, а отводится с помощью другой линии (рис. 6.2, б). Входной вентиль ферритовый (В1) служит для развязки МШУ и источника, а выходной (В2) — для развязки МШУ от нагрузки.
| В1 | РУ | В2 | Пр | На рис. 6.2, б) – включение регенеративного | ||||
| усилителя «на проход»: | ||||||||
| В1 и В2 – ферритовые вентили; Пр – приемник; РУ – регенеративный усилитель |
Рис. 6.2, б) – Включение
регенеративного
усилителя «на проход»
5.10 Транзисторные усилители СВЧ
Схемы усилителей
Микрополосковые СВЧ усилители УБТ и УПТ представляют собой диэлектрическую плату, на которой нанесен рисунок пассивной схемы и припаяны или приварены навесные элементы, в частности – транзисторы. Такие платы представляют собой отрезки линий микрополосковых (МПЛ), щелевых (ЩЛ) или копланарных (КЛ).
Схема двухкаскадного транзисторного усилителя на МПЛ (рис. 6.3) имеет параллельную (R3) и последовательную (R2, R5) обратные связи, стабилизирующие параметры усилителей. Резисторы R1 ... R5 выполнены по единой пленочной технологии.
|
| +Еп | Емкости С2 порядка 70 пФ представляют собой проходные конденсаторы, соединяющие по СВЧ заземленную сторону платы с лицевой стороной через просверленные в керамике отверстия. |
Рис. 6.3 а) – Электрическая схема
2-хкаскадного усилителя на МПЛ
Имеющиеся на входе и выходе фигурные зазоры (С1, СЗ) шириной 50 мкм и длиной, равной четверти длины волны в полосковой линии, развязывают цепи по постоянному току. В такой схеме, за исключением транзисторов, нет навесных элементов, что обусловливает ее высокую надежность.
Рис. 6.3 б) – Топологическая схема 2-хкаскадного усилителя на МПЛ
На рис. 6.4 показаны электрическая (б) и топологическая (а) схемы двухкаскадного транзисторного усилителя на ЩЛ.
|
|
|
| Рис. 6.4. Транзисторный малошумящий усилитель на ЩЛ: а – топология, б – схема по постоянному току | |
СВЧ транзисторы включены в месте присоединения к основной щели четвертьволновых щелевых закороченных резонаторов. Напряжения смещения подаются на металлизированные «островки», ограниченные от остальной металлизации вспомогательными щелями. В местах пересечения с основной щелью вспомогательные щели закорочены по СВЧ конденсаторами. Эмиттер второго транзистора расположен на «островке», который ограничен вспомогательной ЩЛ, равной половине длины волны в линии. В центре этой вспомогательной ЩЛ, т. е. на расстоянии четверти длины волны от места подключения ее к основной щели, включен четвертьволновый щелевой короткозамкнутый шлейф, исключающий влияние этого «островка» на параметры усилителя.
С обратной стороны диэлектрической подложки нанесены резисторы смещения, связанные с «островками» смещения на лицевой стороне подложки при помощи штырьков, проходящих сквозь диэлектрик.
Четырехкаскадный усилитель на транзисторах 2Т3115А, выполненный на плате из поликора размером 48 30 1 мм с относительной диэлектрической проницаемостью 9,8, имеет в полосе частот 15% коэффициент передачи 16 дБ и коэффициент шума 6 дБ.
Использование полевых транзисторов с барьером Шоттки (ПТШ) и двумя затворами дает возможность создания усилителей сигнальной и промежуточной частоты с применением глубокой АРУ. Например, двухкаскадный усилитель на ПТШ обеспечивает в полосе 4 ... 8 ГГц усиление 20 дБ и глубину регулирования 60 дБ при изменении напряжения на втором затворе от +1,0 до –2,0 В с сохранением равномерной АЧХ в полосе. При этом КСВ входа и выхода меняются незначительно.
В табл. 6.3 приведены основные данные некоторых полевых транзисторов СВЧ.
Характеристики
Тип файла документ
Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.
Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.
Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
