4.4. Усилители радиочастоты в диапазоне свч

В современных радиоприёмных устройствах к УРЧ СВЧ предъявляется комплекс достаточно жёстких и иногда противоречивых требований.

Основными требованиями, предъявляемыми к УРЧ СВЧ, являются:

• малый коэффициент шума;

• большой коэффициент усиления;

• широкий динамический диапазон;

• равномерная АЧХ и линейная ФЧХ в полосе рабочих частот, которая делается достаточно широкой, чтобы исключить необходимость перестройки усилителя;

• хорошее согласование с антенно-фидерным трактом;

• стабильность параметров при изменении внешних климатических условий;

• конструкция УРЧ СВЧ должна быть пригодной для установки вблизи облучателя антенны, простой в эксплуатации и обладать высокой надёжностью.

Одним из способов уменьшения коэффициента шума и, следовательно, повышения чувствительности РПрУ, является усиление принятого сигнала сразу же после антенны. Устройства, выполняющие эту функцию, называются «антенными усилителями». Конструктивно антенные усилители размещаются как можно ближе к антенне. В спутниковых РПрУ антенные усилители располагаются в облучателе параболоида и носят название «малошумящих усилителей» (МШУ). Малошумящий усилитель конструктивно объединяется с поляризатором и первым преобразователем частоты. Такой усилительно-преобразовательный блок называется «конвертором».

В настоящее время в наибольшей мере требованиям низкого уровня шума удовлетворяют транзисторные МШУ. На частотах до 7 ГГц в таких усилителях широко используются биполярные транзисторы. На более высоких частотах, до миллиметрового диапазона включительно, в основном применяются МШУ на полевых транзисторах с барьером Шоттки (ПТБШ). На практике используются МШУ на ПТБШ, включённых по схеме с ОИ. Эти усилители обладают малым коэффициентом шума при большом коэффициенте усиления мощности, поэтому в таких РПрУ меньше сказываются шумы последующих каскадов.

В настоящее время разработаны МШУ, работающие на частотах от 1 до

100 ГГц с коэффициентом шума N = 0,5 … 8 дБ и коэффициентом усиления по мощности 5 …15 дБ. Современные транзисторные МШУ СВЧ изготавливаются преимущественно по гибридной технологии с навесными корпусными и бескорпусными УЭ. МШУ на полупроводниковых ИМС уступают гибридным по шумовым показателям и повторяемости параметров. Полосы усиления составляют 4 … 80 %, коэффициенты усиления на каскад 4 … 15 дБ (типовые значения 5 … 8 дБ), коэффициенты шума 2 …6 дБ, динамический диапазон 80 … 90 дБ.

Значительное улучшение шумовых показателей достигается охлаждением усилителей до температуры жидкого азота (77К), водорода (20К) или гелия (4,2К). Так, например, МШУ на ПТБШ, охлаждаемые до температуры жидкого водорода, имеют коэффициент шума 0,4 …0,7 дБ. Однако применение криогенных систем значительно ухудшает массогабаритные показатели приёмников, ведёт к повышению стоимости и потребления энергии, снижению надёжности. В бытовой радиоприёмной аппаратуре криогенные системы практически не применяются.

Контрольные вопросы:

• Определите назначение и место УРЧ в структурной схеме супергетеродинного приёмника. Каковы задачи, решаемые УРЧ?

• Почему чувствительность РПрУ, имеющего УРЧ, выше, чем у РПрУ без УРЧ?

• Поясните на графике, каким образом УРЧ обеспечивает подавление зеркальной помехи, а также помех на промежуточной частоте и комбинационных помех.

• Перечислите основные параметры УРЧ и дайте их определение.

• Начертите схему каскада УРЧ с двойной автотрансформаторной связью и поясните назначение элементов схемы.

• Начертите схему каскада УРЧ с трансформаторной связью и поясните назначение элементов схемы.

• Дайте определение каскодной схеме УРЧ. Каковы преимущества этой схемы?

• Определите особенности построения УРЧ в СВЧ-диапазоне.

• Почему антенные усилители устанавливаются в непосредственной близости от антенны?