Niskoszumowy wzmacniacz mikrofalowy

NISKOSZUMNY WZMACNIACZ
MIKROFALOWY
(wybrane zagadnienia)
Opracowanie :
dr inż. Waldemar Susek
dr inż. Adam Konrad Rutkowski
1
Niskoszumny zrównoważony wzmacniacz mikrofalowy
Czułość urządzenia odbiorczego jest ściśle związana z szumami własnymi
elementów i układów użytych do jego budowy, jak również od sposobu ich
połączenia, oraz od rozkładu wzmocnienia w urządzeniu odbiorczym.
W ogólnej postaci czułość roboczą można opisać zależnością:
⎛ P ⎞
(1)
S r = k [T A + T0 (F − 1)]B sz ⎜⎜ s ⎟⎟
⎝ Psz ⎠Wy
gdzie: k – stała Boltzmana, TA – temperatura szumów anteny, F –
współczynnik szumów odbiornika, Bsz – pasmo szumów, (Ps/Psz)wymagany stosunek sygnał szum na wyjściu odbiornika, T0 –
temperatura standardowa 290 K.
Zastosowanie w stopniu wejściowym odbiornika, wzmacniacza o niskim
poziomie szumów własnych oraz o odpowiednio dużym wzmocnieniu, w
sposób oczywisty wpływa na poprawę czułości urządzenia. Fakt ten jest
konsekwencją zmniejszenia wypadkowego współczynnika szumów, zgodnie
z zależnością:
F3 − 1
F −1
F −1
F = F1 + 2
+
+ ... + n
n −1
k ps1
k ps1 ⋅ k ps 2
∏ k psn
(2)
1
gdzie: Fn – współczynnik szumów poszczególnych stopni, kpsn – skuteczne
wzm. mocy.
Konstrukcja wzmacniaczy zrównoważonych zapewnia dobre dopasowanie do
impedancji obciążenia w szerokim pasmie częstotliwości przy jednoczesnym
spełnieniu wymagań na minimalny współczynnik szumów i stałość
wzmocnienia. Jakość dopasowania wzmacniacza jest zdeterminowana w dużym
stopniu konfiguracją układową. Jednym z rozwiązań jest wzmacniacz
zrównoważony.
2
Schemat i struktura planarna wzmacniacza zrównoważonego
Istotnym elementem wzmacniacza zrównoważonego są 3 dB/90° sprzęgacze
kierunkowe, będące pasywnymi czterowrotnikami, przeznaczonymi do
kierunkowego przesyłania i podziału mocy doprowadzonych sygnałów.
W układzie zastosowano sprzęgacz Lange'a, składający się z dwóch par linii
mikropaskowych połączonych krzyżującymi się przewodami. Jednosekcyjne
sprzęgacze zbliżeniowe pozwalają uzyskać pasmo przenoszenia rzędu oktawy.
We wzmacniaczu zrównoważonym zarówno obwód wejściowy jak i wyjściowy,
współpracujący z każdym z elementów aktywnych, zapewnia dopasowanie
szumowe i stałość wzmocnienia w całym pasmie przenoszenia. Dopasowanie do
impedancji 50 Ω realizowane jest przez 3 dB/90° sprzęgacze kierunkowe na
wejściu i wyjściu układu. Schemat blokowy wzmacniacza przedstawia rys. 1.
Rys. 1. Schemat blokowy zrównoważonego niskoszumnego wzmacniacza w.cz.
3
Do podstawowych zalet wzmacniaczy zrównoważonych należy zaliczyć:
- dobre dopasowanie na wejściu i wyjściu umożliwiające łatwe łączenie
poszczególnych stopni odbiornika w kaskadę / w prezentowanym
rozwiązaniu RL < -18 dB /;
- możliwość
jednoczesnego
zapewnienia,
obok
dopasowania
energetycznego, minimalnej wartości współczynnika szumów / w
prezentowanym rozwiązaniu F < 0.8 dB /;
- dobra
separacja
poszczególnych
stopni
między
sobą
w
układzie
wielostopniowym.
4