Приемно-передающие устройства радио­технических систем: Учебное пособие, страница 9

Избирательные свойства входных устройств обеспечиваются с помощью высокочастотных фильтров. По принципу построения колебательной системы различают электрические, твердотельные и пьезоэлектрические фильтры. Характеристики перечисленных типов фильтров (диапазоны рабочих частот, широкополосность, добротность, величина вносимых потерь, динамический диапазон) даны  в  табл.  2.1.


Таблица 2.1

В РЛС с ФАР в дециметровом, сантиметровом и миллиметро­вом диапазонах волн широко используются фильтры на полосковых и микрополосковых линиях. Добротность этих фильтров не высока, однако они малогабаритны, технологичны, характеризуют­ся высокой идентичностью параметров и сравнительно низкой сто­имостью.

Примером фильтра на диэлектрическом резонаторе является фильтр на кристалле железоиттриевого граната (ЖИГ). Данный кристалл, помещенный в магнитное поле с силовыми линиями, ортогональными распространению СВЧ-колебаний, обладает резо­нансом на частоте, пропорциональной значению напряженности магнитного поля. Существующим достоинством этого фильтра, помимо его высокой добротности, является простота перестройки центральной  частоты  в  значительных пределах.

В настоящее время определенный интерес проявляется к так называемым параметрическим фильтрам. Входные сигналы в та­ких фильтрах преобразуются в область низких частот, где они подвергаются обработке с помощью низкочастотных фильтров. Затем сигналы снова преобразуются, но уже на высокую частоту.

Такие фильтры характеризуются высокой стабильностью пара­метров, с их помощью можно осуществлять сложные преобразо­вания  сигналов.

Однако в настоящее время из-за сложности их конструкции они имеют ограниченную область  применения.

2.2. Малошумящие усилители высокой частоты

Усилители высокой частоты (УВЧ) определяют основные технические параметры приемного устройства. Наряду с требова­ниями обеспечения малого коэффициента шума, большого коэффи­циента усиления мощности и динамического диапазона, к ним предъявляются требования обеспечения широкополосности, ста­бильности основных характеристик, малой потребляемой мощности, технологичности изготовления.

Современные малошумящие УВЧ можно разделить на тря класса: транзисторные усилители; электронно-лучевые; регенера­тивные.

2.2.1. Транзисторные малошумящие усилители

В современных приемных системах транзисторные усилители находят преимущественное применение. В диапазоне частот до 6 ГГц широко используются биполярные транзисторы, а в более высокочастотных диапазонах лучшие показатели имеют полевые транзисторы с затвором  Шоттри.

Транзисторные усилители имеют малый коэффициент шума, ма­лые габаритные размеры и массу, малое потребление энергии, об­ладают большой надежностью и устойчивостью к механическим воздействиям, невысокой стоимостью. Активные элементы тран­зисторных усилителей удобно сопрягаются с полосковыми линиями передачи, резонансными устройствами и элементами интегральные микросхем.

Структурная схема однокаскадного СВЧ усилителя приведена на рис. 2.1.

В его состав входят активный элемент-транзистор, согласующие, межкаскадные и выходные цепи. Эти цепи обеспе­чивают получение требуемых значений коэффициентов усиления в заданной полосе частот. Они могут включать элементы как -сосредоточенными, так и с распределенными параметрами. В уси­лителях СВЧ с высокой избирательностью используются сложные согласующие цепи в виде полосовых фильтров. Такие согласующие цепи, кроме формирования требуемой характеристики передачи в заданном частотном диапазоне, обеспечивают равномерное согла­сование внешних линий и транзистора без применения дополнительных трансформаторов.

 Из-за низкой добротности микрополосковых линий согласующие цепи на их основе имеют значительные потери. Поэтому в современных малошумящих избирательных уси­лителях применяются согласующиецени с более высокой доброт­ностью звеньев.

В качестве примера рассмотрим усилитель с распределенными элементами. Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 2.2, а топологическая — на рис. 2,3. Усилитель выполнен по

схеме с общим эмиттером. Для   согласования входа и выхода транзистора использованы шлейфы, длины которых lш вх и lш вых можно менять в некоторых пределах, закорачивая на торцах металлизированные пластинки. Цепи питания транзистора по посто­янному току содержат высокочастотные дроссели Др1 и Др2 и блокировочные конденсаторы С1 и С2.

На печатной плате высо­кочастотные дроссели изготовляются в виде узких микрополосковых линий четвертьволновой длины, последовательно с которыми изготавливают более широкие четвертьволновые линии, разомкну­тые на конце. В месте соединения этих линий может быть осу­ществлен режим, близкий к режиму короткого замыкания. В ми­нимуме высокочастотного напряжения включаются блокировочные конденсаторы С1 и C2 и осуществляется подача питающих напря­жений.

При разработке малошумящих транзисторных усилителей не­обходимо обеспечивать противоречивые требования между мини­мумом коэффициента шума, большим усилением, широкополосностью и устойчивостью. Это осуществляется путем оптимизации схем и характеристик усилителей с помощью ЭВМ.

Противоречивое требование обеспечения высокого качества со­гласования по входу и выходу и получения минимального коэффи­циента шума удачно разрешается при использовании балансной схемы усилителя [8]. Балансный усилитель обладает целым рядом преимуществ  перед обычным усилителем.

Структурная схема балансного усилителя представлена на рис.  2.4.

В таком усилителе входные сигналы подаются через квадратур­ный направленный делитель на два идентичных транзисторных усилителя, а затем суммируются в квадратурном направленном сумматоре. За счет поглощения отраженных сигналов в балансных нагрузках квадратурных делителей и сумматоров обеспечивается низкий КСВ на входе и выходе усилителей. При этом появляется возможность одновременного согласования транзисторов по коэф­фициенту  шума.