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:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Компьютер размером в 1 кубический мм 07.04.2015 Кафедра вычислительной техники Мичиганского университета объявила о готовности к производству самого маленького в мире компьютера - Michigan Micro Mote (M^3), размером всего один кубический миллиметр. В настоящее время разработчики ведут переговоры с компаниями, проявляющими интерес к устройству. Несмотря на свой размер, M^3 способен делать снимки, измерять температуру и давление и записывать эти данные в свою память. Программирование компьютера осуществляется посредством световых импульсов, которые может передавать расположенная рядом с чипом лампа. M^3 состоит из нескольких слоев. Каждый последующий верхний слой меньше предыдущего, поэтому компьютер выглядит как лестница. Нижний слой - это фотоэлемент, преобразующий свет в электрический ток для зарядки батареи. Затем идет слой батареи, далее - слой с микропроцессором и памятью, затем - слой радиомодуля. Сверху дополнительно может быть помещена линза с фотоматрицей в виде цилиндра (она есть на втором изображении). Компьютер M^3 полностью автономный. Он способен собирать и записывать данные, извлекая энергию из света. По словам разработчиков, создать миниатюрный компьютер они смогли после выхода процессора Phoenix размером 915 x 915 мкм, потребляющего 500 пВт (5*10-10 Вт, примерно столько же энергии потребляют 500 человеческих клеток). Получив процессор, инженеры разработали фотоэлемент размером один квадратный миллиметр, с выходной мощностью 2 нВт (2*10-9 Вт). Этого оказалось достаточно для зарядки встроенной батареи и для автономной работы системы в условиях обычного освещения, если батарея разряжена. Разработчики полагают, что Michigan Micro Mote может найти применение в медицине. Компьютер можно использовать для обследований, измерения внутричерепного и внутриглазного давления при травмах и различных заболеваниях. Использование M^3 позволило бы сделать эти процедуры менее болезненными и более безопасными с точки зрения случайного занесения инфекции. Другая область применения компьютера - промышленность и инфраструктура. Инженеры считают, что устройство можно использовать для исследований месторождений полезных ископаемых или для мониторинга состояния дорог, помещая компьютеры в дорожное полотно. Встроенный беспроводной модуль позволяет компьютеру передавать информацию на расстоянии до семи метров. Сейчас инженеры работают над тем, чтобы увеличить радиус действия модуля до 20 метров, а также над способностью компьютеров передавать информацию через друг друга по цепочке. О компьютере M^3, демонстрация процесса программирования На разработку Michigan Micro Mote ушло более 10 лет. В проекте приняли участие как сотрудники кафедры, так и студенты. В их планах есть создание компьютера с еще меньшими размерами.

Другие интересные новости:

▪ Робот укрепляет склоны

▪ Найден молекулярный путь для критических случаев COVID-19

▪ Apple iPhone 4

▪ Биокерамика поглощает металлы

▪ Обнаружена самая горячая планета

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта И тут появился изобретатель (ТРИЗ). Подборка статей

▪ статья Марк Аврелий Антонин. Знаменитые афоризмы

▪ статья Что такое целлюлоза? Подробный ответ

▪ статья Ботулизм. Медицинская помощь

▪ статья Приставка к мультиметру для измерения температуры. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Полумостовой инвертор в зарядном устройстве. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026