Антенные усилители для широкополосных антенн. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Антенные усилители

 Комментарии к статье

В статье подробно рассматривается устройство и принципы работы усилительных модулей широкополосных телевизионных антенн.

Усилитель в телевизионной приемной антенне предназначен, главным образом, для увеличения чувствительности, ограниченную шумами, а во вторую очередь для компенсации потерь принимаемого сигнала в коаксиальном кабеле. Сами телевизоры обладают весьма большим запасом собственного усиления, т.е. имеют высокую чувствительность, ограниченную усилением. Несколько хуже у них чувствительность, ограниченная синхронизацией. И наконец, наиболее низкая - чувствительность, ограниченная шумами. Следовательно, фактором, определяющим дальний прием, следует принять уровень собственных шумов линейного тракта, а не коэффициент усиления.

Влияние шума оценивают по отношению сигнал/шум, минимальное значение которого принято равным 20. Для телевизоров третьего - пятого поколения чувствительность, ограниченная шумами, равна 50-100 мкВ. Однако при отношении сигнал/шум (с/ш) равном 20, наблюдаются плохое качество изображения и разборчивость только крупных деталей. Для получения изображения хорошего качества следует подать на вход телевизора полезный сигнал примерно в 4 раза больший, т.е. обеспечить отношение с/ш около 80.

Используемые в настоящее время кабели с волновым сопротивлением 75 Ом в зависимости от конструкции и качества диэлектрика имеют погонное затухание 0,07 - 0,18 дБ/м в метровом и 0,25 - 0,6 дБ/м в дециметровом диапазоне волн. При длине кабеля 2…4 м общее затухание может составлять 1,2 - 2,4 дБ. В связи с этим усилитель должен иметь коэффициент усиления порядка 3 дБ для типичных условий приема. К нему прибавляют запас в 12…14 дБ для усиления слабых сигналов, что необходимо из-за низкой эффективности широкополосных малогабаритных приемных антенн.

Любой усилитель имеет собственные шумы, которые усиливаются вместе с полезным сигналом и ухудшают отношение сигнал/шум. Поэтому важнейшим параметром усилительного элемента следует считать его коэффициент шума К_ш.

Для единой оценки шумов многокаскадного тракта существует показатель приведенного коэффициента шума К_ш, который равен уровню шума на выходе, поделенному на общий коэффициент усиления, т.е. К_ш = К_ш.вых / К_У. Так как выходной уровень шума К_ш.вых зависит в наибольшей степени от уровня шума первого транзистора, усиливаемого всеми последующими каскадами, шумами остальных каскадов можно пренебречь. Тогда К_ш.вых= К_ш1К_У, где К_ш1 - коэффициент шума первого транзистора. Следовательно, получим К_ш= К_ш1, т.е. приведенный коэффициент шума усилительной части в основном определяется коэффициентом шума первого транзистора. Отсюда вытекает вывод - применение активной части может дать положительный результат тогда, когда коэффициент шума первого транзистора усилителя меньше коэффициента шума первого каскада телевизора. Коэффициент шума зависит также от качества согласования на входе усилителя и режима работы первого транзистора.

Частотный диапазон усилителя должен обеспечить усиление сигнала в полосе частот вещательного телевидения f = 48-790 МГц. Для увеличения динамического диапазона усилитель должен иметь отрицательную обратную связь.

На рисунке 1 представлена схема однокаскадного усилителя с трансформаторным входом и открытым асимметричным выходом, обеспечивающим возможность дистанционной запитки усилительного модуля по сигнальному кабелю. Такая однокаскадная схема обладает высокой устойчивостью и легко каскадируется.

Рис. 1. Однокаскадный усилитель

Точки возбуждения антенны подключаются непосредственно в балансное сечение трансформатора Тр1, который обеспечивает широкополосное согласование входа антенны с входом усилительного каскада. Усилительный элемент VT1 включен по схеме с общим эмиттером. Это позволяет реализовать большее полосовое усиление и лучшие шумовые свойства схемы сравнительно с другими вариантами включения. Эффекты влияния граничной частоты транзистора по крутизне на изменение коэффициента усиления и входного сопротивления в диапазоне рабочих частот компенсируются за счет использования в схеме комбинированных частотно-зависимых обратных связей параллельного и последовательного типа. Параллельная обратная связь выполнена на элементах R3, C1, L1. Резистор R3 определяет согласование усилительного модуля в присоединительных стыках в метровом и нижней части дециметрового диапазона.

В верхней части рабочего диапазона, где усиление спадает на 2-4 дБ, индуктивность L1 ослабляет действие этой обратной связи, выравнивая амплитудно-частотную характеристику (АЧХ). Конденсатор C1 обеспечивает развязку цепи обратной связи с контуром питания и одновременно формирует низкочастотный срез передаточной характеристики устройства. Цепь R4, C3 является элементом последовательной обратной связи по току, определяющей основные параметры каскада в малосигнальном режиме: резистор R4 задает номинальный коэффициент усиления каскада, а настройкой C3 регулируется подъем АЧХ в верхней части рабочего диапазона. Заданные параметры динамического диапазона обеспечиваются выбором типа транзистора и его режимом работы. В представленной схеме режим работы каскада по постоянному току задается R4 совместно с элементами базового делителя R1 и R2. Конденсатор С2 шунтирует R1 и обеспечивает асимметричность подключения Тр1 в схему модуля. Усилительный модуль, реализованный на среднемощном транзисторе третьего поколения, обеспечивает коэффициент усиления 15 дБ в полосе частот 40-800 МГц, коэффициент шума устройства не превышает 3,5 дБ, а динамический диапазон для телевизионных сигналов составляет 75 дБ. Снижение коэффициента шума и реализация большей линейности устройства возможны при использовании в схеме сложных активных элементов с каскодным включением либо при переходе к двухтранзисторным каскадам.

Две принципиальные схемы, представляющие собой двухкаскадный апериодический усилитель на биполярных транзисторах СВЧ, включенных по схеме с ОЭ представлены на рис. 2.

Усилитель на рис. 2,а содержит два широкополосных каскада усиления на транзисторах VT1 и VT2. Сигнал с собственно антенны через согласующий трансформатор (на схеме не показан) и конденсатор С1 поступает на базу транзистора VT1, включенного по схеме с ОЭ.

Рис. 2,а. Двухкаскадный усилитель

Рабочая точка транзистора задана напряжением смещения, определяемым резистором R1. Действующая при этом отрицательная обратная связь (ООС) по напряжению линеаризует характеристику первого каскада, стабилизирует положение рабочей точки, но уменьшает его усиление. Частотная коррекция в первом каскаде отсутствует. Второй каскад также выполнен на транзисторе по схеме с ОЭ и ООС по напряжению через резисторы R2 и R3, но имеет еще и токовую ООС через резистор R4 в эмиттерной цепи, стабилизирующую режим транзистора VT2. Во избежание большой потери усиления резистор R4 зашунтирован по переменному току конденсатором С3, емкость которого выбрана относительно малой (10 пФ). В результате на нижних частотах диапазона емкостное сопротивление конденсатора С3 оказывается существенным и возникающая ООС по переменному току уменьшает усиление, корректируя тем самым АЧХ усилителя. К недостаткам такой схемы усилителя можно отнести пассивные потери в выходной цепи на резисторе R5, который включен так, что на нем падает как постоянное напряжение питания, так и напряжение сигнала.

Аналогично построен и усилитель на рис. 2,б, который также имеет два каскада, собранные по схеме с ОЭ. Он отличается от предыдущего усилителя лучшей развязкой по цепям питания через Г-образные фильтры L1 C6, R5 C4 и повышенным коэффициентом усиления за счет наличия конденсатора С5 в цепи ООС (R3 C5 R6) второго каскада и переходного конденсатора С7 на выходе.

Рис. 2,б. Двухкаскадный усилитель

В каскадах на транзисторах, включенных по схеме с ОЭ, наиболее велико влияние внутренних связей и емкостей переходов транзисторов. Оно проявляется в ограничении полосы пропускания и склонности усилителя к самовозбуждению, вероятность которого тем больше, чем выше коэффициент усиления. Для его оценки известно понятие порога устойчивости - предельного значения коэффициента усиления, при превышении которого усилитель превращается в генератор. В качестве мер повышения устойчивости можно предложить включение транзисторов по каскодной схеме с ОЭ-ОБ.

Каскодное включение транзисторов VT1 и VT2 (рис. 3) позволяет реализовать хорошую однонаправленность и получить большую широкополосность усилительного модуля. Это дает возможность отказаться от использования сигнальных обратных связей, стабилизирующих и корректирующих амплитудно-частотную характеристику а также входной и выходной импедансы звена. Здесь коэффициент передачи и присоединительные параметры схемы задаются режимно. Для уменьшения влияния паразитных индуктивностей общих выводов, снижающих коэффициент усиления каскада на верхних частотах, эмиттерные выводы входных танзисторов соединяются непосредственно с корпусом, а режим работы стабилизируется фиксированным током базы. Высокочастотный срез регулируется индуктивностью L1, включенной в коллекторную цепь оконечного транзистора.

Рис. 3. Усилитель с каскодным включением VT

Диапазонная корректировка и стабилизация выходного сопротивления модуля производятся резистивно-емкостными цепями. Каскодная схема при реализации оптимального режима работы транзисторов позволяет получить пониженные интермодуляционные искажения.

При наличии антенны МВ-ДМВ, конструктивно выполненной в виде двух электрически не соединенных антенн возможно использовать усилительный модуль, который усиливает сигналы от каждой из них, суммирует и передает к ТВ-приемнику по одному кабелю. Питание усилителя подается по этому же кабелю. Принципиальная схема такого усилительного модуля изображена на рисунке 4. Он содержит два независимых канала усиления. Сигнал с антенны МВ поступает на контакты ХТ1, ХТ2, к которым подключен входной каскад канала МВ, собранного на транзисторах VT1, VT2 по схеме дифференциального усилителя. Это позволяет получить хорошее согласование с высокоомными антеннами, а также подавить синфазные помехи.

Рис. 4. Усилитель с раздельными входами МВ и ДЦВ

На входе каскада установлены катушки L1, L2, устраняющие накопление зарядов статического электричества на некоторых антеннах, а также диоды VD1 - VD4, защищающие усилитель от грозовых разрядов. На транзисторе VT5 собран дополнительный усилительный каскад. Коэффициент передачи канала равен 15…20 дБ. Сигналы МВ проходят на кабель через фильтр НЧ L6 C19 L7 с частотой среза 250 МГц. Через этот же фильтр и дроссель L5 на канал приходит питающее напряжение с кабеля снижения. Кроме того, фильтр не пропускает сигналы ДЦВ.

Канал усиления ДМВ представляет собой два последовательно включенных однотипных усилительных каскада. Первый из них собран на транзисторах VT3, VT4 по схеме с гальванической связью, благодаря чему происходит автоматический выход на заданный рабочий режим и его поддержание при изменении температуры и питающего напряжения. На входе каскада установлен фильтр ВЧ C1 L3 C2 с частотой среза 450 МГц, который подавляет низкочастотные сигналы и помехи. Аналогичный фильтр ВЧ C21 L9 C22 на выходе второго каскада пропускает сигналы ДМВ и не пропускает сигналы МВ. Следовательно, фильтры на выходах каналов взаимно их развязывают. Катушка L4 обеспечивает согласование между каскадами канала ДМВ и коррекцию суммарной АЧХ. Общее усиление канала равно 32…36 дБ. Канал ДМВ питается через дроссель L8 с кабеля снижения. Усилительный модуль питается напряжением 12 В при токе не менее 70 мА.

Важно отметить, что модули с каскадно-цепочечной структурой обычно обеспечивают большую линейность передаточной характеристики, что связано, в первую очередь, с возможностью раздельной настройки каскадов (оптимизация передаточной характеристики, режимов согласования и параметров динамического диапазона), при которой пороги перегрузки наращиваются эстафетно и пропорционально увеличению коэффициента передачи.

Сравнительный анализ технических решений и функционально-энергетических характеристик модулей показывает, что в качестве базовых структур при проектировании усилительных модулей для активных широкополосных антенн целесообразно выбирать схемы с цепочечным включением каскадов с комбинированными частотно-зависимыми обратными связями. Причем, в первом каскаде глубина обратной связи выбирается исходя из требуемого значения коэффициента шума и стабильности присоединительного импеданса. Режим работы и тип транзистора выходного каскада в основном определяются требуемой нагрузочной способностью модуля.

Публикация: library.espec.ws

Смотрите другие статьи раздела Антенные усилители.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива SAMSUNG: у жестких дисков нет перспективы 28.11.2005 "Жесткие диски не имеют перспективы - уже в скором будущем им на смену придет твердотельная флэш-память", убежден исполнительный директор полупроводникового подразделения Samsung, доктор Чанг Гуи Гванг. Samsung выпустил модуль твердотельной флэш-памяти NAND объемом 16 Гбайт на технологии 50 нм. До этого объем карт-рекордсменов достигал 4 Гбайт, а анонсированные карты формата SD емкостью 8 Гбайт пока что выпускались. "Объем флэш-памяти NAND удваивается каждые 12 месяцев, - сообщил г-н Гванг. Это означает, что уже в ближайшее время чипы, имеющие пока что объем 16 Гбайт, "перекочуют" с КПК в мобильные, а затем и настольные компьютеры, что в конечном итоге обречет жесткие диски на вымирание. Как сообщает Tech World, уже к 2006 или 2007 году Samsung планирует развернуть массовое производство карт энергонезависимой памяти для ноутбуков объемом 32 Гбайт на основе чипов 16 Гбайт. Их серийное производство будет развернуто во второй половине 2006 года. Переход на 50-нм процесс означает, что один бит будет занимать только 0,00625 квадратных мкм, что на 25% меньше, чем при использовании 60-нм процесса. Уже год спустя, если тенденция ежегодного удвоения объемов твердотельной памяти продолжится, появятся 32-гигабайтные чипы памяти NAND, подходящие для создания 64-гигабайтных карт памяти. В 2007 году объем последних достигнет 128 Гбайт. Взяв этот рубеж, память NAND начнет вытеснять жесткие диски из настольных ПК. Тем не менее, исход борьбы пока что прогнозировать трудно. Несмотря на то, что твердотельная память устойчива к механическим воздействиям, способным вывести жесткий диск из строя, у нее есть свои недостатки. Она не вечна. Современная твердотельная память рассчитана на конечное число циклов записи/чтения. Важным фактором станет уровень энергопотребления чипов и, конечно, их стоимость. Тем не менее, над жесткими дисками сгущаются тучи.

Другие интересные новости:

▪ Лучшее использование гибкого экрана

▪ Мкроконтроллеры AVR-DВ с тремя операционными усилителями

▪ Найден ген хулиганства в пьяном виде

▪ Найдены гены седины, бороды и бровей

▪ Самый мощный в мире рентгеновский лазер

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Опыты по физике. Подборка статей

▪ статья Сборно-разборной домик-хозблок. Советы домашнему мастеру

▪ статья Какая разница между менеджментом и маркетингом? Подробный ответ

▪ статья Кунжут. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья ГПД для ПЧ 5,5 МГц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Сгибание часов. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026