МНОГОЧАСТОТНЫЙ РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ
MULTI-FREQUENCY RECUPERATIVE TRANSISTOR AMPLIFIER

Изобретение относится к области радиотехники и может применяться для построения радиотехнических и телекоммуникационных систем различного назначения. Особенно полезным (за счет широкой полосы пропускания, высокого коэффициента усиления, низких шумовых характеристик и низкого энергопотребления) является использование такого усилителя при построении входных каскадов радиоприемных устройств.
Хорошо известным является, например, регенеративный микроволновый транзисторный усилитель, описанный в статье А.P. Venguer, J.L. Medina, R.A. Chavez, A. Velazquez, A. Zamudio, G.N. Il'in "The Teoretical and Experimental Analysis of Resonant Microwave Reflection Amplifiers, " Microwave Journal, vol. 47, no. 10, pp.80-93, October, 2004, или A.P. Venguer, J.L. Medina, R.A. Chavez, A. Velazquez, "Low Noise One-Port Microwave Transistor Amplifier, "Microwave and Optical Technology Letters, vol. 33, no. 2, pp.100-104, April 20, 2002, который представляет собой полевой транзистор, в цепь истока которого включена положительная обратная связь. Вся работа такого регенеративного усилителя обусловлена наличием паразитных индуктивностей и емкостей используемого полевого транзистора, которые в совокупности с внешними конструктивными индуктивностями обеспечивают положительную обратную связь и синфазное суммирование сигналов на входной клемме. Однако все приведенные теоретические расчеты и выводы говорят о том, что настройка такого усилителя является трудоемким процессом, поскольку рассчитать влияние всех паразитных элементов в заданном рабочем диапазоне частот практически невозможно.
Наиболее близким по технической сущности и принципу действия к предполагаемому изобретению является регенеративный транзисторный усилитель, описанный в патенте на изобретение №108321, Украина, МПК H03F 3/189, H03F 3/19, H03F 3/04, опубликованном 10.04.2015, бюл. №7/2015. Данный усилитель отличается простотой конструкции и стабильностью, является устройством, которое легко настраивается, и обеспечивает усиление сигналов в радиочастотном и микроволновом диапазонах.
Однако, поскольку регенеративный транзисторный усилитель имеет узкую полосу пропускания частот, определяемую частотами настройки однопортовых резонансных транзисторных усилителей, входящих в состав регенеративного транзисторного усилителя, то он не подходит для усиления широкополосных и импульсных сигналов.
В основу изобретения поставлена задача увеличения полосы пропускания регенеративного транзисторного усилителя. Поставленная цель достигается тем, что многочастотный регенеративный транзисторный усилитель, содержащий входную клемму, квадратурный мост, пару однопортовых резонансных транзисторных усилителей, выходную клемму, причем входная клемма соединена с первым входом квадратурного моста, квадратурные выходы которого соединены с входами/выходами однопортовых транзисторных усилителей, а четвертый выход квадратурного моста соединен с выходной клеммой усилителя,
отличающийся тем, что в схему усилителя добавлены дополнительные квадратурные мосты и соответственно дополнительные пары однопортовых транзисторных усилителей, причем четвертый вывод первого квадратурного моста соединен с первым выводом второго квадратурного моста, а четвертый вывод второго квадратурного моста соединен с первым выводом третьего квадратурного моста и так далее, а четвертый вывод последнего квадратурного моста соединен с выходной клеммой усилителя, а второй и третий квадратурные выводы каждого квадратурного моста соединены с входами/выходами пары однопортовых резонансных транзисторных усилителей, причем каждая пара однопортовых резонансных транзисторных усилителей имеет различные частоты настройки, а количество квадратурных мостов и, соответственно, пар однопортовых резонансных транзисторных усилителей выбирается исходя из требуемой полосы пропускания многочастотного регенеративного транзисторного усилителя.
Сравнение предлагаемого устройства с уже известными устройствами и прототипом показывает, что заявляемое устройство выявляет новые технические свойства, которые заключаются: в достижении более широкой полосы пропускания за счет каскадного включения регенеративных транзисторных усилителей, настроенных каждый на свою полосу частот.
Эти свойства предполагаемого изобретения является новыми, так как в способе-прототипе в силу присущих ему недостатков, заключающихся в его узкополосности, невозможно добиться усиления без искажения формы импульсных и широкополосных сигналов.
Рассматриваемый многочастотный регенеративный транзисторный усилитель полностью сохраняет все полезные свойства описанного в прототипе регенеративного транзисторного усилителя, в частности, обладает сверхнизким уровнем шумов, высоким коэффициентом усиления полезного сигнала, малой потребляемой мощностью, и простотой конструкции.
Указанный многочастотный регенеративный транзисторный усилитель можно реализовать по схеме, приведенной на Фиг. 1.
Многочастотный регенеративный транзисторный усилитель состоит из входной клеммы 1, квадратурных мостов 2, 5 и 9, однопортовых резонансных транзисторных усилителей 3, 4, 6, 7, 10 и 11, выходной клеммы 8.
Причем первый вывод первого квадратурного моста 2 соединен с входной клеммой 1, а второй вывод первого квадратурного моста 2 соединен со входом/выходом первого однопортового резонансного транзисторного усилителя 3, а третий вывод первого квадратурного моста 2 соединен со входом/выходом второго однопортового резонансного транзисторного усилителя 4, при этом первый и второй однопортовые резонансные  транзисторные усилители образуют первую пару однопортовых усилителей, настроенную на первую частоту, при этом четвертый вывод первого квадратурного моста 2 соединен с первым выводом второго квадратурного моста 5, в то время как второй вывод второго квадратурного моста 5 соединен с входом/выходом третьего однопортового резонансного транзисторного усилителя 6, а третий вывод второго квадратурного моста 5 соединен с входом/выходом четвертого однопортового резонансного транзисторного усилителя 7, при этом третий и четвертый однопортовые резонансные транзисторные усилители образуют вторую пару однопортовых усилителей, настроенную на вторую частоту, при этом четвертый вывод второго квадратурного моста 5 соединен с первым выводом следующего квадратурного моста и так далее, при этом четвертый вывод предпоследнего квадратурного моста соединен с первым выводом последнего квадратурного моста, второй и третий квадратурные выходы которого соединены с входами/выходами последней пары однопортовых усилителей, настроенных на последнюю рабочую частоту, а четвертый выход последнего квадратурного моста соединен с выходной клеммой 8 многочастотного регенеративного транзисторного усилителя.
Работает многочастотный регенеративный транзисторный усилитель следующим образом.
Радиочастотный или микроволновой сигнал через входную клемму 1 поступает на первый вывод первого квадратурного моста 2. При этом на втором и третьем выводе первого квадратурного моста формируются квадратурные сигналы, равные по величине и имеющие между собой сдвиг фаз 90°. Эти квадратурные сигналы поступают на входы/выходы первой пары однопортовых резонансных транзисторных усилителей 3 и 4, настроенных на первую рабочую частоту. При этом однопортовые резонансные транзисторные усилители 3 и 4 усиливают по амплитуде сигналы (напряжение) на первой рабочей частоте, синфазные с их входными сигналами, которые поступают обратно на второй и третий выводы квадратурного моста 2, причем усиленные сигналы имеют между собой тот же сдвиг фаз 90°. Причем сигналы, имеющие частоту, отличную от рабочей частоты первой пары усилителей, отражаются от входов/выходов однопортовых резонансных транзисторных усилителей без усиления, но с сохранением сдвига фаз между ними 90°. В первом квадратурном мосту 2 усиленные и не усиленные(отраженные) сигналы суммируются и поступают на его четвертый вывод. Этот суммарный сигнал поступает далее на первый вывод второго квадратурного моста 5, второй и третий выводы которого в свою очередь соединены с входами/выходами второй пары однопортовых резонансных транзисторных усилителей 6 и 7, настроенных на вторую рабочую частоту. Усилители 6 и 7 усиливают сигналы со второй рабочей частотой и не усиливают (отражают) сигналы с другими рабочими частотами. Причем разность фаз 90° между выходными сигналами усилителей сохраняется, как для усиленных, так и для не усиленных сигналов. Эта группа сигналов поступает обратно во второй квадратурный мост 5, где складывается на его четвертом выводе. Сигнал с четвертого вывода второго квадратурного моста 5 поступает далее на первый вывод следующего квадратурного моста, где он усиливается следующей парой однопортовых резонансных транзисторных усилителей на следующей рабочей частоте или не усиливается, если частота сигнала не равна рабочей частоте этой пары однопортовых резонансных транзисторных усилителей. Сигнал с четвертого вывода последнего квадратурного моста поступает на выходную клемму 8. При этом количество квадратурных мостов и пар однопортовых резонансных транзисторных усилителей неограниченно и определяется требуемой шириной полосы пропускания регенеративного усилителя.
Таким образом, многочастотный регенеративный транзисторный усилитель сохраняет свойства резонансного усилителя, заключающиеся в высоком коэффициенте усиления и низком уровне шумов на резонансной частоте и, вместе с тем, обеспечивает широкую полосу усиления сигналов, определяемую количеством используемых квадратурных мостов и пар однопортовых резонансных усилителей.
Народнохозяйственный эффект от использования предлагаемого изобретения связан с расширением рабочей полосы частот приемо-передающих устройств радиотехнических систем. При этом нет необходимости использовать сложные многоступенчатые частотно-согласующие входные и выходные цепи транзисторных усилителей, которые ухудшают усилительные и шумовые свойства каскада. Простота схемы, низкое энергопотребление, существенное усиление, широкая полоса пропускания, настраиваемая под необходимые задачи и низкий уровень шумов открывают новые возможности для использования такого многочастотного регенеративного транзисторного усилителя во входных каскадах приемных устройств радиотехнических систем и выходных каскадах радиопередающих систем. Требуемую частотную характеристику усилителя можно задавать не расчетом сложных согласующих цепей, а простым наращиванием числа каскадов усиления, каждый из которых имеет свою рабочую частоту.