Антенный усилитель КВ-диапазона с высокой линейностью

УДК 621.397.62

М.Л. Косточкин, В.А. Аржанов

Омский государственный технический университет, г. Омск

АНТЕННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ КВ-ДИАПАЗОНА С ВЫСОКОЙ ЛИНЕЙНОСТЬЮ

В современных системах радиосвязи КВ-диапазона широко используют широкополосные антенные усилители (ШАУ), представляющие важнейший класс современных усилителей. К ним предъявляются очень жесткие требования: предельно низкий уровень шума, большой коэффициент усиления, высокая линейность.

Значительного прогресса в проектировании ШАУ, удовлетворяющего перечисленным выше требованиям удалось получить благодаря использованию структурного метода, который в усилительной технике получил распространение в виде усилителей с прямой связью.

Принцип функционирования усилителя с прямой связью заключается в выделении в результате сравнения с входным сигналом искажений, шумов и нестабильностей основного усилителя У1 и вычитании их из выходного сигнала после масштабирования

Рис. 1. Базовая структурная схема усилителя с прямой связью

в усилителе ошибки У2 (рисунок 1). При выполнении условий 1-К1р=0 и 1-К1р=0 в системе происходит

258

полное подавление выходных флуктуаций основного усилителя при сохранении коэффициента передачи цепи на уровне К1 [1, 2, 3].

Для усилителей с прямой связью характерна абсолютная устойчивость и возможность независимой регулировки параметров динамического диапазона (верхняя граница линейности определяется усилителем основного канала, нижняя усилителем канала ошибки, а подавление искажений - точностью настройки).

Базовая структурная схема усилителя с прямой связью для обеспечения направленности и фазности передачи сигналов в высокочастотном диапазоне дополняется направленными ответвителями НО;, линиями задержки ЛЗ; и аттенюаторами АТ; (рисунок 2). Выделение и компенсация флуктуаций основного усилителя обеспечивается противофазностью путей передачи сигнала на вход усилителя ошибки и в выходной цепи. Точность выделения и компенсации ошибки определяется подобием амплитудно-частотных характеристик К1, К2 и подстраиваются аттенюаторными секциями АТ1 и АТ2, а также подстройкой линий задержки ЛЗ1 и ЛЗ2.

Рис. 2. Расширенная структурная схема усилителя с прямой связью Характеристики представленной выше структуры: коэффициент передачи

-і -і -і

К2 = (1 -У1)Уз У 4 К1а2; коэффициент шума

^ = Ух Гг

Т^2а\

; верхняя граница динамического диапазона по выходу

Е2 = ^УзУ4а2 + Е2(1 - У4)КАТ2 , гЛе У,

- коэффициент передачи плеча НО, , а,

- коэффициент передачи

Рассматривая приведенные выражения, можно сформулировать комплекс требований к функциональным звеньям тракта: коэффициент передачи

У1 -

К = 3...4 К2(К2(дБ)+10...12дБ); коэффициент шума У 2

- N = 0,8...0,9 N. N (дБ)-1..2дБ);

передаточные соотношения в плечах

НО, -

у1 = у2 = Гз = у4 = 0,91...0,93(-0,9...0,8дБ); (1-/\)...(1-/4) = 0,25...0,36(-9...12дБ); разбаланс нормированных АЧХ У1 и У 2 в рабочем диапазоне не более ±0,2 дБ [4].

По структурной схеме на рисунке 2 бал разработан ШАУ КВ-диапазона имеющий следующие характеристики: диапазон рабочих частот: 1,5-30 МГц; коэффициент усиления в

259

диапазоне рабочих частот: 20±1 дБ; коэффициент стоячей волны по входу/выходу в диапазоне частот не более: 1,3; спектральная плотность мощности собственных шумов не более: 3 kTo; динамический диапазон по интермодуляционным искажениям второго, третьего порядка не менее: 100дБ/мкВ; входное/выходное сопротивление: 75 Ом; мощность потребляемая устройством не более: 5 Вт.

Основной канал усилителя состоит из двух включенных последовательно балансных ячейки с комбинированной обратной связью и имеет коэффициент усиления 31 дБ. Усилитель ошибки повторяет структуру основного канала, однако в нем применены только маломощные транзисторы. Коэффициент усиления усилителя канала ошибки 31 дБ. Линии задержки представляют собой совокупность фильтров нижних частот на L и С элементах. Потери в линиях задержки минимальны - не более 0,1 дБ. Каждый направленный ответвитель реализован на двух одинаковых трансформаторах с передаточным отношением 1:3.

Применение структурного метода при проектировании ШАУ позволило получить следующие преимущества (в сравнении с аналогичными усилителями данного класса): уменьшить уровень шума, уменьшить энергопотребление, уменьшить массово-габаритные показатели, отказаться от использования дорогостоящих элементов, таких как мощных СВЧ транзисторов типа 2т939а.

Библиографический список

1. Головин, О. В. Профессиональные радиоприемные устройства декаметрового диапазона / О. В. Головин. - М. : Радио и связь, 1985. - 288 с.

2. Головин, О. В. Условия полной компенсации нелинейностей второго и третьего порядков в усилителе с подачей сигнала вперед / О. В. Головин, И. А. Хардон // Электросвязь. -1994. - № 11. - С. 26-27.

3. Pat. 4146844 USA. Feed-forward amplifier. - 27.03.1979, United States Patents.

4. Малевич, И. Ю. Расчет высокочастотного усилителя с прямой связью / И. Ю. Малевич // Радиотехника. - 1995. - № 11. - С. 44-47.