253

конденсаторы C2 и C3 – блокирующие (обеспечивают короткое замыкание на СВЧ и разрыв цепи по постоянному току). Согласование транзистора и настройку его на заданный частотный диапазон осуществляется с помощью конденсаторов С1, С4 и отрезков микрополосковых линий длиной l1, l2, l3 и l4, приблизительно равных четверти длины волны на центральной частоте рабочего диапазона. Конденсаторы С1 и С4 также выполняют роль разделяющих (обеспечивают развязку по постоянному току цепи питания с входной и выходной линиями). На входе Г-образная СЦ1 образована отрезками микрополосковых линий длинной l1, l2, аналогично на выходе СЦ2 образована отрезками микрополосковых линий l3, l4. Короткозамкнутые на СВЧ (через C2 и C3) шлейфы l1 и l4 одновременно служат для подачи питания на электроды транзистора. СЦ1 и СЦ2 обеспечивают согласование микрополосковых линий стандартного волнового сопротивления W , которые подведены к транзистору, с входным и выходным сопротивлениями транзистора. R4 – является стабилизирующим резистором для предотвращения самовозбуждения усилителя.

Коэффициент шума усилителя больше, чем минимальный коэффициент шума транзистора, на котором реализован усилитель. Это обусловлено невозможностью точной реализации в диапазоне частот оптимального сопротивления источника. Кроме того, потери в цепях, которые включены перед транзистором, также вносят вклад в увеличение коэффициента шума каскада. В усилителе с полосой усиления 10–50% коэффициент шума превышает обычно коэффициент шума транзистора не более, чем на несколько десятых децибела.

16.4. Принцип действия балансного усилителя

Противоречие между согласованием по мощности и рассогласованием по шумам, которое имеет место в схеме однокаскадного усилителя, преодолевается в балансном усилителе. Балансный усилитель (рис.16.6) состоит из двух квадратурных мостов и двух одинаковых активных элементов. К одному из плеч мостов подключены согласованные нагрузки.

Прохождение СВЧ сигнала через балансный усилитель показано на рис.16.6. Сигнал амплитудой А, который подается в плечо 1 входного моста, делится на две равные части по мощности в плечах 2 и 3. Причем, согласно свойствам квадратурного моста, если фаза сигнала, который поступает в плечо 2, равна ( − ϕ) относительно входного сигнала в плече 1, то фаза поступающего сигнала

254

в плечо 3 равна ( − ϕ − 90°). С выходов входного моста сигналы поступают на

усилительные элементы с одинаковыми коэффициентами передачи Ge− jΦ . Усиленные сигналы поступают в плечи 3 и 2 выходного моста. Поскольку мост симметричный, то при прохождении сигнала из плеча 3 в плечо 4 и из плеча 2 в плечо 1 фаза изменяется на ( − ϕ). А при прохождении из плеча 3 в плечо 1 и из

плеча 2 в плечо 4 фаза изменяется на ( − ϕ − 90°). В результате в плече 4 выход-

ного моста колебания не возбуждаются, поскольку сигналы, которые поступили с плеч 2 и 3, находятся в противофазе. В плече 1 имеем усиленный сигнал с дополнительным сдвигом по фазе (− 2ϕ − Φ − 90°).

Реальные усилительные элементы не являются идеально согласованными с СВЧ-трактом по входу и выходу. Поэтому имеют место отраженные сигналы. Рассмотрим прохождение сигналов, отраженных от входов усилительных элементов. Эти равные по амплитуде сигналы делятся пополам и суммируются в плече 1 входного моста противофазно, а в плече 4 – синфазно. Аналогично сигналы, которые отражаются от выходов усилительных элементов, поглощаются в нагрузке плеча 4 выходного моста. Таким образом, при идеальных характеристиках мостов и одинаковых усилительных элементах балансный усилитель полностью согласован по входу и выходу. В реальных конструкциях применение балансной схемы позволяет значительно уменьшить коэффициент стоячей волны на входе и выходе усилителя.

Балансная схема по сравнению со схемой однокаскадного усилителя имеет следующие основные преимущества:

•в 2 раза увеличивается максимальная выходная мощность независимо от ограничения типом используемого АЭ или напряжением питания;

•низкий КСВ входа и выхода усилителя.

Недостатки балансной схемы:

•в 2 раза большее количество элементов схемы, что повышает массогабаритные показатели, большая трудоемкость изготовления и вероятность отказа;

•в два раза больше потребляемый ток.

Контрольные вопросы

20.Каково функциональное назначение усилителя?

21.Что показывает коэффициент усиления по мощности?

22.Каким образом определяется по умолчанию рабочий диапазон частот усилителя?

23.Какими параметрами количественно характеризуются линейные искажения усилителя?

24.Какими параметрами характеризуется согласование усилителя с СВЧтрактом?

25.Что такое динамический диапазон усилителя?

26.Каким образом проявляются нелинейные искажения усилителя?

255

27.С помощью какого параметра оценивают уровень интермодуляционных продуктов третьего порядка?

28.Как оценивают КПД усилителя СВЧ?

29.Что такое коэффициент шума усилителя?

30.Что характеризует шумовая температура усилителя?

31.Как оценивается коэффициент шума каскадного усилителя?

32.По каким основным признакам классифицируют усилители СВЧ?

33.Как классифицируют типы усилителей СВЧ по фундаментальным параметрам?

34.Как классифицируют типы усилителей СВЧ по назначению?

35.Как классифицируют типы усилителей СВЧ по конструктивному исполнению?

36.Как классифицируют типы усилителей СВЧ по типу АЭ?

37.Какие усилители называют малошумящими (МШУ)?

38.Какой тип усилителей СВЧ имеет наивысшую чувствительность?

39.В чем заключаются преимущества транзисторных усилителей СВЧ?

40.Какие основные типы вакуумных усилителей СВЧ находят широкое применение на практике?

41.Какие структурные элементы содержит схема однокаскадного транзисторного усилителя СВЧ, в чем их назначение?

42.Почему важным является анализ устойчивости усилителя СВЧ?

43.В чем отличие режимов экстремального усиления и рассогласования по

шумам?

44.Как объяснить, что при идеальных характеристиках мостов и одинаковых характеристиках АЭ балансный усилитель полностью согласован по своим входам?

45.В чем заключаются преимущества и недостатки балансной схемы по сравнению со схемой однокаскадного усилителя?