6.4Коэффициент усиления предварительного усилителя

Другим важным параметром малошумящего предварительного усилителя является коэффициент усиления. Наряду с малым коэффициентом шума необходимо, чтобы усилитель обладал достаточным усилением. Тогда влияние шумов следующих каскадов на результирующий коэффициент шума не будет значительным и заметным. Но слишком большое усиление иметь также нецелесообразно, так как случайная, хотя и за частотной полосой, помеха большой амплитуды может перевести следующие за ним каскады, например, каскады усилителя сигналов ПЧ, в насыщение. Из-за небольшого коэффициента усиления транзисторов СВЧ необходимое усиление достигается увеличением числа каскадов. В то же время дороговизна полевых СВЧ транзисторов делает нецелесообразным применения большего числа каскадов. Обычно это двухкаскадные или трехкаскадные усилители, так как минимальное усиление порядка 15...20 дБ можно обеспечить двумя или более каскадами.

Необходимое усиление, с одной стороны, определяется тем, что рассчитанный результирующий коэффициент шума всего усилителя не должен значительно вырасти по сравнению с собственным коэффициентом шума первого каскада. С другой стороны, усилитель должен обеспечить такое усиление, чтобы перекрывать шум следующего за ним смесителя. Если усиление будет хотя бы на 10 дБ больше, чем результирующий коэффициент шума используемого усилителя, то требуемое условие выполняется.

6.5Структура предварительного малошумящего усилителя сигналов свч

По принципу работы малошумящий усилитель СВЧ мало чем отличается от обыкновенного высокочастотного 143

усилителя. Существенное отличие состоит лишь в конструктивном исполнении и в особенностях применения современных полевых транзисторов на GaAs, которые используются только в относительно узкополосных усилителях СВЧ. На рис. 6.3 показана электрическая схема такого усилителя. Как видно, в ней полевой транзистор СВЧ включен по схеме с общим истоком. Включение с общим стоком или общим затвором здесь не применяется, а находит применение в основном в генераторном режиме.

Обратная связь, приводящая к увеличению шумов, в рассматриваемых усилителях не применяется, хотя она позволила бы выровнять частотную характеристику, т.е. компенсировать уменьшение усиления транзисторов СВЧ с увеличением частоты сигнала. Обратная связь используется только в широкополосных усилителях, для них она не только возможна, но и необходима.

На рис. 6.3 Др1 и Др2 — дроссели, через которые подается постоянное напряжение питания. Реактивные элементы — индуктивности L1, L2 — служат для согласования выходного сопротивления генератора (источника) сигнала с входным сопротивлением транзистора, а катушки индуктивности L3, L4 — согласуют его выходное сопротивление со входом следующего каскада.

Это необходимо, так как полное выходное/входное сопротивление арсенидгаллиевого полевого транзистора оказывается относительно высоким, и без согласующих элементов непосредственное соединение усилительных каскадов привело бы к возбуждению и, возможно, к выходу из строя высокочувствительного транзистора.

Кроме того, отсутствие возбуждения усилителя является необходимым условием для получения коэффициента отражения меньше единицы. Усилитель возбуждается лишь в случаях, когда активная составляющая входного и (или) выходного сопротивления транзистора становится меньше нуля, т.е. отрицательной. Этому условию соответствует коэффициент отражения, модуль которого больше единицы. Расчет устойчивости усилителя сигналов СВЧ ведется с использованием S-параметров транзистора и значений входных и выходных сопротивлений, на которые он нагружен. При одновременном согласовании по входу и по выходу транзистора коэффициент усиления по мощности устойчивого усилителя полу- чается максимальным. Для согласования используются реактивные элементы, которые не имеют активных потерь и поэтому не являются источником шума.