Регенеративные малошумящие усилители диапазона СВЧ

Многие из применяющихся в настоящее время малошумящих усилителей являются регенеративными или усилителями с положительной обратной связью, которая сопровождается внесением в сигнальную цепь отрицательной проводимости. Поэтому часто их называют усилителями с отрицательной проводимостью или усилителями с отрицательным сопротивлением. В зависимости от физической основы создания эффекта отрицательной проводимости регенеративными могут быть квантовые парамагнитные усилители, параметрические усилители, усилители на тунельных диодах и т.д

В регенеративных СВЧ-усилителях регенерирующий элемент обычно включается в колебательную систему, определенным образом связанную с источником сигнала и нагрузкой. В общем случае эта связь может осущест- вляться через одну или две пары зажимов. Соответственно различают отражательные и проходные регенеративные усилители.

Коэффициент усиления по мощности усилителя отражательного типа определяется как

где Ротр - мощность отраженной волны сигнала; Рпад - мощность сигнала от источника; zвх - входное сопротивление резонатора с регенерирующим элементом; z0 - волновое сопротивление плеча циркулятора.

Эквивалентные схемы отражательного и проходного усилителей можно представить следующим образом (рис. 8.а, б).

Для эквивалентной схемы отражательного усилителя характерно то, что в ней присутствует лишь одно вносимое сопротивление . Это объясняется тем, что резонатор подключается к одному плечу циркуля-тора и сопротивление генератора и нагрузки, вносимые в контур, оказываются физически совмещенными. Оценим параметры таких усилителей. Первоначально рассмотрим усилитель проходного типа. Коэффициент усиления по мощности такого усилителя определяется по формуле

Вводя коэффициент регенерации, определяемый отношением вносимого отрицательного сопротивления к полному активному сопротивлению нагруженного контура

Сравнение последних формул показывает, что отражательный усилитель при прочих равных условиях характеризуется большей широкополосностыо и, следовательно, в этом отношении имеет преимущества по сравнению с проходными. Основным недостатком регенеративных усилителей является их узкополосность. На практике при усилении 13÷20 дб относительная полоса пропускания составляет единицы процентов. Для расширения полосы пропускания регенеративных усилителей используют специальные корректирующие цепи или более сложные резонансные системы, которые позволяют расширить полосу пропускания до 30÷40 % от несущей.

40. Параметрические полупроводниковые усилители.

Параметрическим усилителем называется устройство, содержащее колебательный контур, в котором под воздействием внешнего источника (генератора накачки) изменяется энергоемкий параметр (емкость или индуктивность) и за счет соответствующей организации колебательной системы осуществляется усиление сигнала. Различают полупроводниковые, ферритовые и электронно-лучевые параметрические усилители. Полупроводниковые параметрические усилители (ППУ) в силу ряда положительных свойств (небольшая требуемая мощность генератора накачки, возможность микроминитюризации и т.д.) получили наибольшее применение. Основным элементом ППУ является параметрический диод, представляющий собой обратно-смещенный p-n-переход, включенный соответствующим образом в колебательную систему, на который подается постоянное смешение Uсм и напряжение от генератора накачки, создающее модуляцию емкости. Зависимость емкости диода от приложенного напряжения смещения описывается выражением:

В зависимости от соотношения частот резонансы могут быть либо в различных колебательных системах, либо, если в одной колебательной системе. В первом случае параметрический усилитель называют двухконтурным (контура, настроенные на частоту накачки не учитываются), во втором случае - одноконтурным. Наибольшее распространение получили двухконтурные ППУ отражательного типа, поскольку в отличие от одноконтурных ППУ не требуют жесткой фазировки частот сигнала и накачки и позволяют реализовать низкие шумовые температуры в сочетании с хорошей широкополосностью. Структурная схема параметрического усилителя может быть представлена в следующем виде (рис. 9).

Напряжение сигнала на ППУ поступает через циркулятор 1 из антенно- фидерной системы, усиленный сигнал направляется циркулятором в последующие каскады приемника. Согласованная нагрузка включается в 4-ое плечо циркулятора и позволяет повысить стабильность усиления ППУ по сравнению со случаем использования в нем трехплечегоциркулятора.

Резонансная система двухконтурного ППУ состоит из цепей сигнального f_c , разностной f_- частот и частоты накачки f_н, а также органов их регулирования. В тракт сигнальной частоты включают высокочастотный трансформатор 2, обеспечивающий требуемую связь сигнального резонатора 3 с входным плечом циркулятора. В эту же цепь часто включают фильтр нижних частот 4, предотвращающий прохождение в сигнальный тракт частот ,f_н и f_- и одновременно устраняющий влияние регулировок сигнального контура на остальные цепи.

Параметрический диод (ПД) является элементом связи между контурами сигнальной 4 и разностной 6 частот. Рабочая точка ПД задается внешним источником постоянного напряжения 8, который закорачивается по высокой частоте Сбя. Генератор накачки включает в себя не только автогенератор, но и элементы развязки (вентили).