1 Opracowanie :
dr inż. Waldemar Susek
dr inż. Adam Konrad Rutkowski
NISKOSZUMNY WZMACNIACZ NISKOSZUMNY WZMACNIACZ
MIKROFALOWY MIKROFALOWY
(wybrane zagadnienia)
2
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:
( )
[ ]
sz Wy sz s A
r P
B P F
T T k
S ⎟⎟⎠
⎜⎜ ⎞
⎝
− ⎛ +
= 0 1 (1)
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:
∏
−+ −
⋅ + + −
+ −
= 1
1 2
1 3 1
1 2 1
1 ...
1
n
psn n ps
ps
ps k
F k
k F k
F F
F (2)
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.
3 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.
4 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.
