7.8Усилитель сигналов промежуточных частот

Сигналы, подаваемые с малошумящего усилителя на вход первого преобразователя, и конвертированные сигналы (сигналы ПЧ), имеют соизмеримый уровень. Если схема разработана правильно, то нет взаимного проникновения сигналов и нет интермодуляционных искажений, поэтому имеется возможность реализовать слабо- сигнальный режим для усилителя ПЧ. Типовая схема усилителя сигналов ПЧ приведена на рис. 7.8.

Первый каскад усилителя выполняется на малошумящем биполярном транзисторе с коэффициентом шума не более 1,5...2,0 дБ. Для биполярного транзистора легче, чем для полевого, установить 'Я необходимый рабочий режим и, главное, его вход легче согласовать с выходом смесительного каскада в широкой полосе частот (М > 800 МГц), что очень важно. Это в свою очередь позволяет достичь оптимального отношения CUBHBi~lLUjfM на выходе смесителя. Обычно усилитель сигналов ПЧ с целью получения в широкой полосе частот необходимого усиления (порядка 80 дБ) выполняется трехкаскадным. Неравномерность частотной характеристики во всем диапазоне усиливаемых частот не превышает +2 дБ. Так. как сигнал необходимо передать в спутниковый телевизионный ресивер по коаксиальному кабелю с волновым сопротивлением 50 или 75 Ом, то последний каскад рассчитан на усиление и по мощности с выходным сопротивлением 50 или 75 Ом. В таких усилителях широко применяются высокочастотные малошумящие транзисторы KT3115, BFG69, BFG65. Однако в настоящее время все в большей степени для этих целей находят применение специализированные интегральные микросхемы. Например, фирма CAMBRIDGE 'для усиления сигналов ПЧ применяет только микросхемы.

7.9Результирующие коэффициенты шума и усиления внешнего блока

Результирующий коэффициент шума на выходе усилителя сигналов ПЧ, т.е. внешнего блока приемного устройства, можно рассчитать.

Здесь условно принято, что собственные шумы гетеродина не вносят значительного вклада в результирующий шум и не учитываются. Исследуя выражение для расчета результирующего коэффициента шума, можно заметить, что, если коэффициент усиления предварительного малошумящего усилителя больше 20 дБ, что на практике достижимо, то собственные шумы смесителя не влияют на соотношение сигнал /шум на выходе сигналов УПЧ, т.е. они определяются только предварительным малошумящим усилителем.

Выводы

Первый преобразовательный блок — конвертер — занимает особое место в системе приема спутникового телевизионного вещания. Основное его назначение — частоту сигналов, усиленных малошумящим усилителем, снизить без изменения спектра и потери информации с тем, чтобы облегчить дальнейшую обработку сигналов— усиление, фильтрацию и т.п.

Преобразовательный блок включает в себя: смеситель, гетеродин и усилитель сигналов ПЧ. Смесители реализуются как на диодах Шотки, так и на полевых транзисторах из арсенида галлия. Явных преимуществ они друг перед другом не имеют.

Смесители на транзисторах не вносят затухания в преобразованный сигнал. У них коэффициент передачи мощности сигнала при наличии высококачественных фильтров на выходе составляет 0 дБ, а при использовании диодных смесителей потери преобразования около 6 дБ. Однако смесители на диодах не уступают смесителям на однозатворных транзисторах, поскольку преобразованный сигнал можно затем усилить до необходимого уровня, используя сравнительно недорогие малошумящие биполярные транзисторы.

В технике преобразования СВЧ находят применения также смесители на полевых транзисторах с двумя затворами Шотки. Функциональные возможности такого транзистора позволяют создать совмещенной смеситель-гетеродин, в котором реализуются смеситель, гетеродин и усилитель на одном транзисторе. У совмещенного смесителя-гетеродина на полевом транзисторе на арсениде галлия с двумя затворами Шотки коэффициент шума на 4,2 дБ меньше, чем у обычного смесителя на однозатворном полевом транзисторе, а коэффициент преобразования на 1,5 дБ выше. И, кроме того, получается лучшая развязка между входом и выходом. Главное преимущество такой схемы — это ее простота при обеспечении относительно высоких электрических параметров. Некоторые фирмы, такие как MNI и LASAT, изготавливают свои смесители- гетеродины на двузатворных транзисторах. Кроме того, применение совмещенного смесителя-гетеродина дает возможность сократить количество активных элементов в преобразовательном блоке. В таких преобразователях не требуются ответвители, гибридные соединения, а нужны лишь простейшие согласующие цепи, что особенно важно для смесителей в интегральном исполнении. Примером может служить смеситель, выполненный в интегральном исполнении и предназначенный для работы в диапазоне частот 11,6...12,0 ГГц. Характеристики смесителя такие: Кш = 7дБ; Кпр=1...2 дБ; размер кристалла 2,4х1,4 мм. Согласующие цепи в данном смесителе построены на дискретных элементах.

Важнейшим параметром каждого преобразователя-конвертера является частота гетеродина (LOF — Lokal Oscillator Freguenz). Гетеродин во внешнем блоке в преобразователях для прием

а сигналов со спутников не перестраиваемый. Он генерирует одну фиксированную частоту: LOF-1 — 9,75 ГГц для диапазона 10,95...11,7 ГГц или LOF-2 — 10,6 ГГц для диапазона 11,7...12,5 ГГц. Следует отметить, что имеются универсальные конвертеры с двумя гетеродинами, и переключение генерации с одного гетеродина на другой (с одной фиксированной частоты на другую) происходит, в основном, командами в соответствии со стандартом управления DiSEqC (Didital Satel- lite Equipment Control) применением цифрового сигнала — кода частотой 22 кГц.

Для получения высокой стабильности генерируемой частоты в гетеродинах применяются диэлектрические резонаторы, добротность которых на СВЧ составляет (5...10)*10' единиц. Обычно гетеродины СВЧ строятся по системе диэлектрический резонатор микрополосковая линия, которые образуют связанный фильтр. Настройка фильтра осуществляется на заданную добротность Q или на заданный коэффициент передачи ( связи ) f3. Система позволяет выполнить точную подстройку частоты гетеродина в пределах + -5%. Возможность точной подстройки является важнейшей положительной особенностью гетеродина, стабилизированного диэлектрическим резонатором. Это существенно упрощает его изготовление, что особенно важно при массовом производстве.

Усилитель преобразованных сигналов, получивший название "усилитель сигналов промежуточных частот" (или просто УПЧ) выполняется на биполярном транзисторе, так как его вход легче, чем вход полевого, согласовать с выходом полевого смесительного транзистора в широком частотном диапазоне. Усиленные трехкаскадным (в большинстве случаев) усилителем сигналы ПЧ подаются по высококачественному коаксиальному кабелю в ресивер — спутниковый телевизионный приемный блок.