Підсилювач нвч діапазону з малим рівнем шумів

Реферат: UA 69374 U UA 69374 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель стосується радіотехніки, зокрема підсилювальних пристроїв, та може бути використаною в системах зв'язку НВЧ діапазону. Відомі підсилювачі НВЧ діапазону - це підсилювачі з малим рівнем власних шумів завдяки використанню арсенід-галієвих польових транзисторів з бар'єром Шотткі (ПТБШ) [1] Радиотехника: Энциклопедия / под ред. Ю.Л. Мазора, Е.А. Мачусского, В.И. Правды. - М.: Додэка-ХХІ, 2002. - 944 с. Однак, ці підсилювачі мають значний рівень шумів, які зумовлені джерелом вхідного сигналу і узгоджувальним опором навантаження лінії передачі. Найбільш близьким за суттю є підсилювач з узгоджувальним трансформатором на вході, завдяки чому оптимізується (знижується до мінімуму) рівень шумів [2] - Латхи Б.П. Системы передачи информации. - Μ.: Связь, 1971. - 324 с. Однак, створення узгоджувального за шумами трансформатора в діапазоні НВЧ при традиційному використанні переходів на основі чвертьхвильових трансформаторів, зустрічає серйозні труднощі або зовсім неможливо. В основу винаходу поставлена задача створити такий підсилювач НВЧ діапазону, в якому б зменшувалися до мінімуму шуми, зумовлені опором навантаження лінії передачі та використовувалися узгоджувальні кола на основі каскадного включення шлейфів, які можуть бути реалізовані на мікрострічковій лінії. Задача вирішується тим, що в підсилювачі НВЧ на ПТБШ на вході транзистора (виході лінії передачі) встановлено опір, який значно перевищує опір джерела сигналу і використовується узгоджувальне коло у вигляді каскадного включення короткозамкнених шлейфів. Схема підсилювача зображена на Фіг.1, де ес - джерело сигналу (наприклад антена) з внутрішнім опором Rс, яке з'єднано з входом (затвором) ПТБШ за допомогою лінії. передачі з хвилевим опором ρ=Rc, RH - опір навантаження, причому RH>>Rc, Φ - фільтр навантаження підсилювача з амплітудно-частотною характеристикою (АЧХ), близькою до прямокутної, Сp, R, С - традиційні елементи схеми підсилювача, УК - узгоджувальне коло. Покажемо, що шуми підсилювача можуть бути зменшені, якщо RH>>Rc. Для цього розглянемо два режими роботи підсилювача: 1. Робота на узгоджене навантаження, RH=Rc=ρ; 2. Робота на неузгоджене навантаження, RH>>Rc. Потужність сигналу на виході підсилювача дорівнює: 2 2 ec   2 RH  1 2    Kпід 2  ec  RH   S2Rекв, Pc  R R   Rc  RH  Rекв H    c де Kпід=S R екв - коефіцієнт підсилення, S - крутість характеристики транзистора, R екв еквівалентний опір фільтра Φ при резонансі. Результуюча потужність шуму на виході підсилювача при узгодженому навантаженні (Rн=Rc=ρ) має вигляд: 2 35  RH  2 Pш    8kTR c   R  R  ПSR екв  ,  c H  2 2 де R - потужність шуму, зумовлена опором Rc, R - потужність шуму, зумовлена опором -23 RН, k=1,38·10 Дж/К - стала Больцмана, Τ - абсолютна температура у градусах Кельвіна, Π смуга пропускання підсилювача. Відношення сигнал/шум за потужністю при узгодженому навантаженні буде дорівнювати: 2 (1) Pc / Pш узг .  ec / 8kTR cПR екв.  . 2 Rc 2  RH 2 Rc c 40 H Потужність сигналу при неузгодженому навантаженні (RH>>Rc) на виході підсилювача буде: 2 2 Pc  ec S2 R екв. ,тому що [RH/(Rc+RH)] наближається до 1. Потужність шуму на виході підсилювача при неузгодженому навантаженні (причому RH  20Rc) буде дорівнювати: 2 Pш  2 Rc 2  RH  RH  2 2  4kTR c   R  R  ПSR екв   4kTR cПSR екв.  ,  c H  2 45  RH  2.  4kTR H   R  R  ПSR екв   c H  Відношення потужності сигналу до потужності шуму при неузгодженому навантаженні буде дорівнювати: 2 (2). Рc / Рш   ес /4kTR cПR екв  2 2 тому що R  R , оскільки Rc  RH, H c 2 RH 1 UA 69374 U 5 10 15 20 Порівнюючи (1) і (2) видно, що виграш у відношенні сигнал/шум дорівнює 2, тобто становить 3 дБ. На практиці цей виграш буде трохи меншим, тому що узгоджувальне коло (УК) неідеальне і вносить деякі втрати. Однак, ці додаткові втрати, як показують розрахунки, не перевищують 0,4 дБ. Таким чином, кінцевий виграш у відношенні сигнал/шум для підсилювача НВЧ діапазону дорівнює 2,6 дБ. Це дуже добрий результат. Узгоджувальне коло розраховується за методикою, яка викладена в роботі [3] - Макаренко А.С. "Синтез согласующих цепей с реактивностями по прототипу - ступенчатому переходу". Радиоэлектроника. - 1989. - Т. 32, №8. - С. 79-81. - (Известия вузов). Ескіз узгоджувального кола з трьома короткозамкненими шлейфами на мікрострічковій лінії для діапазону частот 10,7-12,7 ГГц при RH=20 Rc=1 кОм наведено на Фіг.2. Підсилювач може бути використаним у супутникових та наземних системах зв'язку НВЧ діапазону. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Підсилювач НВЧ діапазону з малим рівнем шумів, що містить власне підсилювач на польовому транзисторі з бар'єром Шотткі, який відрізняється тим, що в нього введено узгоджувальне коло на основі каскадного включення короткозамкнених шлейфів, а опір навантаження на вході підсилювача значно перевищує опір джерела сигналу, узгодженого з лінією передачі, причому узгоджувальне коло включено в лінію передачі між джерелом сигналу і опором навантаження, який підключений до затвора транзистора. Комп’ютерна верстка А. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2