5.9 Малошумящие усилители свч. Что такое мшу

5.9 Малошумящие усилители свч

5.9.1 Общие сведения о малошумящих усилителях

Малошумящие усилители (МШУ) применяются для уменьшения шума и повышения чувствительности радиоприемного устройства. На СВЧ в МШУ применяются СВЧ транзисторы, ЛБВ, туннельные диоды, параметрические полупроводниковые диоды, джозефсоновские переходы и квантовые приборы. Наиболее важный параметр усилителя в первом каскаде000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 приемника – уровень собственных шумов.

Наименьший шум из существующих усилителей имеют квантовые парамагнитные усилители (КПУ) — их шумовая температура в сантиметровом диапазоне волн  10 К. Однако, в КПУ необходимо охлаждение парамагнитного вещества до температуры жидкого гелия (4 К), что требует использования дорогих криогенных установок, ограничивающих области применения этого вида усилителей.

В широком диапазоне частот, включая миллиметровые волны, в усилителях могут быть использованы джозефсоновские переходы (УДП), работающие при гелиевых температурах [9, 92]. Джозефсоновские переходы с малой емкостью (точечные контакты, тонкопленочные мостики) могут использоваться для параметрического усиления слабых СВЧ сигналов, причем накачкой может служить как внешний источник, так и собственная джозефсоновская генерация перехода (автонакачка).

УДП применяют, главным образом, в радиоастрономии, но весьма эффективно использование джозефсоновских переходов в смесителях миллиметрового диапазона. УДП имеют наиболее высокий частотный предел и, обладая шумовой температурой 15 ... 50 К, по шумам лишь немного уступают КПУ.

Примерно такую же шумовую температуру имеют параметрические полупроводниковые усилители (ППУ), если их охладить до температуры жидкого азота (78 К) или водорода (20 К), что связано с меньшими техническими трудностями. Шумовая температура охлаждаемых ППУ порядка 17... 20 К при водородном уровне и 50 К при азотном уровне, что позволяет эффективно их использовать в системах спутниковой связи. Если охладить ППУ до гелиевой температуры, можно получить практически такую же шумовую температуру, как и в КПУ.

Неохлаждаемые ППУ работают без криогенной аппаратуры в широком диапазоне частот (0,3 ... 50 ГГц) и позволяют получить сравнительно низкие шумовые температуры 30 ... 300 К (в зависимости от частоты). Эти их достоинства определили широкое использование ППУ в радиолокации, спутниковой связи и некоторых других областях радиотехники.

В последнее время ППУ начинают вытесняться усилителями на полевых (ПТ) и биполярных (БТ) транзисторах. Особенно большое распространение получили в интегральных схемах на СВЧ усилители на полевых транзисторах с барьером Шоттки (ПТШ) на основе арсенида галлия. На частотах до 3 ГГц усилители на БТ почти не уступают по параметрам усилителям на ПТ, но с повышением частоты преимущество на стороне полевых транзисторов. Особенность ПТШ – преимущественно тепловая природа его шумов, поэтому охлаждение приводит к значительному уменьшению коэффициента шума. Усилители на ПТ, охлажденные до водородной температуры, имеют почти такие же шумы, как УДП и охлажденные ППУ, а в схемном и конструктивном отношениях значительно проще последних.

Несколько худшими, чем ППУ и усилители на ПТ шумовыми свойствами обладают усилители на туннельных диодах (УТД), которые в трехсантиметровом диапазоне имеют шумовую температуру ~ 300 К.

Усилители на туннельных диодах используются, главным образом, в сантиметровом диапазоне, но могут работать в диапазоне 0,25 … 20 ГГц.

Более шумящие, но зато широкополосные, – усилители на лампах бегущей волны (ЛБВ). В диапазоне от 0,25 до 100 ГГц шумовые температуры усилителей на ЛБВ лежат в пределах от 300 до 3000 К.

Шумовые и усилительные свойства МШУ, в значительной степени, зависят от рабочей частоты – рис. 6.1.

КПУ, ППУ и УТД – регенеративные усилители двухполюсного типа, у которых одни и те же клеммы являются входными и выходными. К резонатору, связанному с отрицательным сопротивлением, поступает волна сигнала, происходит регенерация, и отраженная усиленная волна поступает в ту же линию, которая подводит сигнал к резонатору. Такие двухполюсные регенеративные усилители подключаются к антенне и нагрузке (входу приемника) с помощью циркуляторов, которые обеспечивают стабильность параметров усилителя при изменении импеданса цепей источника и нагрузки, а также предотвращают регенерацию шумов нагрузки.

Рис. 6.1 – Шумовые температуры и коэффициенты шума

различных типов МШУ в зависимости от частоты:

1 – КПУ; 2 – УДП; 3 – ППУ охл. до 20К; 4 – УПТ охл. до 20К; 5 – ППУ охл. до 78К;

6 – ППУ неохл.; 7– УТД; 8 – УПТ неохл.; 9 – УБТ неохл.; 10 – ЛБВ; 11– смесители на ДБШ

Циркуляторы обеспечивают однонаправленное движение электромагнитной волны и позволяют, поэтому разделить прямую и отраженную волны – рис. 6.2.

Рис. 6.2, а) – Схема включения регенеративного усилителя

На рис. 6.2, а) – схема включения регенеративного усилителя «на отражение»:

СН – согласованная нагрузка; Ц – циркулятор;

Пр – приемник; А – антенна;

РУ – регенеративный усилитель.

Сигнал из антенны А (рис. 6.2, а) поступает на вход циркулятора 1, усиливается в регенеративном усилителе (РУ), подключаемом ко входу 2; отраженная волна поступает от входа 2 ко входу 3, к которому подключается основной супергетеродинный приемник Пр. Отраженная от приемника (вследствие плохого согласования) волна поглощается согласованной нагрузкой СН, подключаемой ко входу 4. При хорошем согласовании нет необходимости в четвертом плече и можно ограничиться трехплечным или Y-циркулятором. При необходимости обеспечить более надежную развязку включают несколько (два – три) циркулятора, образующие пятиплечный циркулятор.

В некоторых случаях можно реализовать регенеративный усилитель и по схеме четырехполюсника, когда сигнал подводится к резонатору по одной линии, а отводится с помощью другой линии (рис. 6.2, б). Входной вентиль ферритовый (В1) служит для развязки МШУ и источника, а выходной (В2) — для развязки МШУ от нагрузки.

В1

РУ

В2

Пр

На рис. 6.2, б) – включение регенеративного

усилителя «на проход»:

В1 и В2 – ферритовые вентили;

Пр – приемник;

РУ – регенеративный усилитель

Рис. 6.2, б) – Включение

регенеративного

усилителя «на проход»

studfiles.net

Малошумящие транзисторные усилители (МШУ) | Основы электроакустики

Малошумящие транзисторные усилители (МШУ) К малошумящим усилителям (МШУ) СВЧ предъявляются жесткие и противоречивые требования. Они должны обладать малым коэффициентом шума и высоким коэффициентом усиления, большим динамическим диапазоном, равномерной АЧХ и линейной ФЧХ в широкой полосе частот. МШУ должны быть пригодны для установки вблизи облучателя антенны, хорошо согласованы с АФТ, просты в эксплуатации и обладать высокой надежностью. Современные транзисторы СВЧ позволяют создавать усилители с такими требованиями в диапазонах дм, см и мм волн. Для того чтобы транзистор СВЧ обеспечивал заданные электрические характеристики, он должен быть соответствующим образом нагруженВ настоящее время транзисторные МШУ активно вытесняют другие типы усилителей в диапазоне от 5 ГГц.

Это обусловлено рядом преимуществ:

хорошая развязка входа и выхода;
стабильность усиления;
широкая полоса усиления;
возможность исполнения по гибридно-интегральной технологии;
высокая надежность;
низкое энергопотребление;
малое напряжение питания;
приемлемый коэффициент шума.

Усилители, реализованные на биполярных и полевых СВЧ транзисторах, позволяют обеспечить усиление до 30 дБ, Тш=100...400К.

В многокаскадных МШУ первым включают усилитель, рассчитанный на минимум коэффициента шума, а последующие – на максимальный коэффициент усиления по мощности. Противоречие между согласованием по мощности и рассогласованием по шумам в одном каскаде преодолевается в балансном усилителе.

На рисунке приведено два варианта схемы балансного усилителя: на биполярных и полевых транзисторах. Квадратурные направленные ответвители: НО1, НО2 Достоинства балансных усилителей: позволяют совместить режим максимального усиления и минимального шума, широкая полоса пропускания , высокая стабильность АЧХ и ФЧХ, повышенный динамический диапазон

audioakustika.ru

Для анализа малошумящих усилителей (МШУ) используют набор параметров и характеристик, в который входят рабочая полоса частот, амплитудно-частотной характеристика (АЧХ), коэффициент усиления, коэффициентом шума в рабочей полосе частот, потребляемой мощность и др. Рассмотрим наиболее часто используемые параметры.

Полоса частот устройства в [Fun], в зарубежной литературеbandwidth, частотный диапазон, в пределах которого устройство удовлетворяет заявленным производителем значениям параметров. В [АМЧ86] вводится понятие рабочего диапазона частот, интервала частот, в котором параметры и характеристики прибора СВЧ сохраняются в установленных пределах при его работе заданном режиме. Полоса частот определяется конкретными условиями применения усилителя, требованиями к КСВН, к равномерности характеристик и др.

Коэффициент усиления– отношение амплитуды сигнала на выходе устройства к амплитуде сигнала на входе. Так как в СВЧ диапазоне физическим смыслом обладает мощность, то обычно рассматривается коэффициент усиления мощности, причем в [Fun] вводится три различных коэффициента усиления мощности, автор утверждает, что чаще всего используетсяtransducerpowergainGT=PL/PS, гдеPL- мощность, выделенная в нагрузке,PS- мощность, полученная от источника.[Fun]

Так как коэффициент усиления СВЧ устройства сильно зависит от частоты, то обычно приводят зависимость коэффициента усиления от частоты. Например, в datasheetкомпаний [CHA2157] [CHA2159][FMM5716X] приводят зависимость коэффициента усиления от частоты в виде АЧХ и таблицыSпараметров, в то время какTriquintпредлагает отдельно таблицуsпараметров, аHRLLaboratoriesиHittiteприводят только АЧХ,[LN375], [TGA4600],[HMCALh482].

Амплитудно частотная характеристика, она же АЧХ, - это зависимость модуля амплитуды передаточной функции устройства от частоты, описывает частотную зависимость коэффициента усиления. В [АМЧ86] приводится следующее определение: зависимость выходной мощности прибора от частоты в заданном режиме работы.

Для описания согласованности входа или выхода устройства с внешними устройствами, такими как, источник, антенно-фидерное устройство, нагрузка, последующие каскады, вводится понятие КСВН– коэффициента стоячей волны по напряжению, в зарубежной литературеVSWR. По определению, КСВН = (Uпад+Uотр)/(Uпад-Uотр), гдеUпад амплитуда падающей волны,Uотр амплитуда отраженной волны. Коэффициент отражения от входа Γ =Uпад/Uотр, тогда КСВН=(1+Γ)/(1-Γ). В российских требованиях, как правило, значение КСВН не должно превышать 2. В иностранной литературе также используется понятие входных потерь,RL=-10log(PIN/PR)=-10log[(VSWR-1)/(VSWR+1)]2=-10log|Γ|2, ниже приведена табличка с рассчитанными значениями:

Таблица 1.

RL, дБ	Γ	КСВН
0	1	∞
0.5	0.9441	34.75
1	0.8913	17.39
2	0.7943	8.72
3	0.7079	5.85
4	0.6310	4.42
6	0.5012	3.01
8	0.3981	2.32
10	0.3162	1.93
12	0.2512	1.67
15	0.1778	1.43
20	0.1000	1.22
25	0.0560	1.12
30	0.316	1.07

Шумовые характеристики СВЧ устройств описываются с помощью коэффициента шума, шумовой температуры, мощности шума, которые также сильно зависят от частоты. Как известно, шум в электроприборах может иметь различную природу: тепловую, квантово-механическую, статистическую и др. В [ШУМ] утверждается, что какова бы ни была природа шумов, они имеют однородное распределение в полосе частот до 5000 ГГц, автор [Fun] утверждает, что уже при частотах свыше 100 МГц нужно принимать во внимание дробовой шум вместе с тепловым.

Коэффициент шума,Fпо определениюF= (SIN/NIN)/(SOUT/NOUT), гдеSIN/NINсоотношение сигнал/шум на входе, аSOUT/NOUT, соответственно, на выходе[Fun],[ШУМ]. Так как мощность теплового шума по определению равняетсяPA=k∙T∙B, гдеk- постоянная Больцмана (1.38 ∙10-23Дж/К),T- температура в Кельвинах,B- полоса частот (Гц), то справедливоF=G∙k∙T∙B+NA/G∙k∙T∙B=1+NA/G∙k∙T∙B[Fun].

Представив устройство в качестве идеального устройства, не генерирующего шума, но имеющего входе источник теплового шума с температурой Te, можно ввести понятиеэквивалентной температуры шума.Температура шума- это температураTe, при которой мощность шума Джонсона будет равняться мощности шума усилителя при температуре 290 К.

На высоких частотах схема может начать генерировать за счет паразитных элементов, рассогласованности схемы, наличия ОС в АЭ. Самовозбуждение возможно, если sпараметры усилителя таковы, что входное и/или выходное сопротивление отрицательны.

Рис.1. Четырехполюсник с согласующими цепями.

Транзистор называется абсолютно устойчивым, если в заданном диапазоне частот он не возбуждается при подключении к нему любых внешних комплексных сопротивленийZ1,Z2 с резистивными активными составляющими. Если существуют значения сопротивленийZ1,Z2 при которых усилитель может возбудиться, он являетсяпотенциально устойчивым(условно устойчивым). Можно показать, что для безусловной устойчивости усилителя необходимо выполнение следующих условий [ННФ07]:

|s12∙s21|<1-|s11|2;

|s12∙s21|<1-|s22|2;

kуст=1-|s11|2-|s22|2-|Δ|2/(2∙|s12∙s21|)≥1,

где kуст коэффициент устойчивости.

Для описания поведения устройств СВЧ используют матрицы волновых параметров или sпараметров, т.к. они имеют явный физический смысл и могут быть получены путем измерений.

Рассмотрим четырехполюсник, согласованный с нагрузкой и генератором. Обозначим падающую на вход волну a1,отраженную от входа b1, падающую на выход a2, отраженную от выхода b2.

Рис. 2. Схема нагруженного четырехполюсника и направление волновых параметров.

Коэффициенты aiиbjнормируются наZи имеют размерность корня из мощности, матрица рассеяния определяется следующим образом:

В условиях полного согласования коэффициенты aiиbjопределяются соотношениями ниже:

s11=b1/a1|s12=0– коэффициент отражения входного напряжения;

s12=b1/a2|s11=0 – коэффициент обратного усиления;

s21=b2/a1|s21=0– коэффициент прямого усиления;

s11=b2/a2|s22=0– коэффициент отражения выходного напряжения.

Модели транзисторов.

Для описания и предсказания поведения АЭ (активных элементов) используются различные модели. Используемые модели можно разделить на три основных типа: модели, основанные на теории электромагнетизма, модели, полученные по результатам измерений, модели на основе эквивалентных цепей.

Физические, или модели на основе электромагнитной теории, при должной аккуратности позволяют достаточно точно предсказать поведение прибора и используются для моделирования конечного проекта. Однако аккуратный расчет прибора СВЧ диапазона требует больших вычислительных мощностей. Поэтому на этапе проектирования часто используются другие модели, а моделирование готового проекта уже осуществляется с помощью EM-симуляторов.

Модели на основе измерений позволяют быстро получить аккуратные результаты, впрочем, аккуратность результатов зависит от аккуратности измерительной системы. Модель может быть построена на основе измерений s-параметров илиDCизмерений. После обработкиs-параметров могут быть извлечены параметры эквивалентной схемы прибора. Однако использование подобных моделей для предсказания поведения прибора в отличных от измеренного диапазонах частот, смещений и с другими геометрическими параметрами либо невозможно, либо требует корректировки параметров модели. Примером модели на основе измерений являетсядвухпортовая шумовая модель.

Мощность шума в нагрузке определяется отношением значений сопротивления источника шума к сопротивлению нагрузки, для уменьшения шума используется рассогласование на входе МШУ. В общем случае, любая двухпортовая цепь может быть представлена в виде не шумящей идеальной цепи и источников шумового напряжения и тока, подключенных к входу. Основными параметрами линейной двухпортовой модели являются XOPT,ZOPT,TMINиRN, здесьRNэквивалентное шумовое сопротивление,ZOPT– импеданс генератора, при котором будут получены оптимальные шумовые характеристики,XOPT– комплексная составляющаяZOPT. Параметры модели извлекаются измерением зависимости эквивалентной шумовой температуры от входного импедансаZG. После извлечения параметров во всем диапазоне измерений, оптимальное значение шум-фактора может быть подобрано с помощью кругов постоянного сопротивления и проводимости. Зависимость шум-фактора от входного импеданса описывается соотношениемF=FMIN+RN/GS(YS-YOPT), при уменьшении второго слагаемого чувствительность устройства понижается (шум-фактор-с/ш).RNэквивалентное шумовое сопротивление,GS– резистивная составляющая проводимости источника,YS– комплексная проводимость источника,YOPTоптимальная проводимость источника, при которой получаем минимальное значение шум-фактораFMIN.

Рис. 3. Линейная модель шумящего четырехполюсника.

Выражение для шум-фактора можно переписать с использованием ГS:F=FMIN+ 4RN∙|ГS– Гopt|2/ [Z0∙ (1- |ГS|2) |ГS+ ГOPT|2], гдеZ0 – обычно 50 Ом,FMIN,RN, ГOPTизвлекаются в процессе измерения параметров транзистора. Для облегчения разработки строятся круги постоянного шум-фактора в плоскости ГS. При известных значенияхFMIN,RN, ГOPTможно построить шум-фактор как функцию от коэффициента отражения от источника ГS.

Другим примером модели на основе измерений является линейная модель HEMT(на основеMESFET). Эта модель или эквивалентная схема, параметры которойCGS,CGD,gm, τ иRDSсильно зависят от рабочей точки транзистора.[Fun] Таким образом, данная модель описывает поведение транзистора в линейной области. Линейная модель может быть использована для извлеченияsпараметров в области, где их непосредственное измерение по каким либо причинам затруднено. Внешние параметрыLG,RG,LD,LD,LS,RSявляются паразитными и измеряются в «холодных условиях», другими словами в отсутствие приложенных напряжений питания.

Рис. 4. Эквивалентная малосигнальная модель HEMT.

Еще один пример модели, основанной на измерениях, это нелинейная модельтранзистора. Для описания поведения прибора в нелинейной области передаточной характеристики необходимо использовать нелинейные модели. Хотя не всегда удается подобрать модель, которая описывает поведение прибора с достаточной точностью на всем интервале изменяющихся напряжений. Для нелинейной модели вводятся параметры, зависящие от напряжения питания,IDS(gm,RDS),CGSиCGD, выражения для которых приведены ниже:

IDS = (A0+A1V1+A2V12+A3V13) tanh (αVDS),

V1 = VGS (1+β (VDS0-VDS)),

CGS=CGS0·f (VGS, VDS),

CDS = CDS0·g (VGS, VDS)

Здесь VGS,VDSнапряжения между соответствующими выводами, исток нормально заземлен. При работе с этой моделью может быть использована следующая последовательность действий:

-извлечение коэффициентов для Idsс помощью пульсирующего или постоянного измерения ВАХ. (Ai,α,β),

-извлечение из малосигнальной модели коэффициентов CGS0иCDS0,

-сравнение получившихся результатов с результатами моделирования.

Рис. 5. Нелинейная модель HEMT.

Модели на основе эквивалентных схем, их еще называют аналитическими, занимают промежуточное положение между физической моделью и моделью на основе измерений. Используются некий набор элементов, поведение которых описывается упрощенными уравнениями теории электромагнетизма. Этому набору соответствует набор параметров, значения которых получаются путем измерений. Подобный подход дает возможность предсказывать поведение прибора вне диапазона измерений, однако не всегда удается подобрать модель, достаточно точно отображающую поведение прибора во всем диапазоне изменяемых величин.

Примерами аналитической модели могут служить различные шумовые модели HEMT. Среди наиболее популярных полуэмпирических моделей можно назвать модель Монте-Карло, Поспешальского, Фукуи и др. В выбор той или иной модели определяется возможностями САПР, находящегося в распоряжении разработчика. В ИСВЧПЭ РАН при разработке МШУKaдиапазона использовалась модель Поспешальского, рассмотрим её подробнее.

Позволяет оценить шумовые параметры для широкого диапазона частот по измерению, проведенному в одной точке (в единичном значении частоты) при заданной температуре. Параметры модели извлекаются из малосигнальных параметров цепи. Модель учитывает только тепловой шум т. н. внутреннего транзистора. Параметры Xopt,Zopt,TminиRnизвлекаются введением эквивалентных температурTdдля сопротивления стокаRdsиTgдля внутреннего сопротивления затвораRi, причем параметрTdпринимается независимым,Tgрассматривается как параметр, зависящий от температуры окружающей среды.

Рис. 6. Эквивалентная схема HEMTв модели Поспешальского.

ROPT = [(TG∙RI∙RDS/TD) (gm/ω∙CGS) 2+RI2]1/2,

XOPT = 1/ ω∙CGS,

TMIN= 2∙ ω∙Cgs/gm[TDTGRI/RDS+ (TD∙RI∙ ω∙CGS /RDS∙ gm)2]1/2+ 2TdR/RDSI∙( ω∙CGS / gm)2,

RN= (TMIN/T0) ∙RI+ (Td/T0)(1/RDS∙gm2)(1+( ω∙CGS∙RI)2). [JJa],[MWP89]

studfiles.net

Исследование характеристик МШУ аппаратуры потребителей СРНС и условий его работы (лабораторная работа)

Цели работы

Развить представления о характеристиках малошумящего усилителя (МШУ) аппаратуры потребителей (АП) спутниковых радионавигационных систем (СРНС), проверить его теоретические модели на эксперименте.
Развить представления об используемых в СРНС сигналах, их характеристиках.
Развить навыки использования радиотехнических измерительных приборов.

Состав стенда

Векторный генератор сигналов R&S SMBV100A или аналог (возможно использование аналогового генератора и имитатора сигнала)
Анализатор спектра и сигналов R&S FSV3 или аналог
Исследуемый МШУ
Пассивная антенна
Соединительные кабели
Источник питания для МШУ и тестового приемника
Тестовый приемник
Персональный компьютер с интерфейсной программой тестового приемника

Описание

Под навигационным приемником (НАП, навигационной аппаратурой потребителей) понимают совокупность радиотехнических артефактов, предназначенных для определения местоположения, скорости, времени и/или пространственной ориентации их носителя с помощью сигналов спутниковой радионавигационной системы.

Для выполнения своей целевой функции любой навигационный приемник должен выполнить ряд задач:

Преобразование электромагнитного поля окружающего пространства в электрические токи радиочастотного диапазона;
Перенос навигационных сигналов, принятых антенной, из радиочастотного диапазона (L1, L2) на промежуточную частоту, усиление и частотная селекция;
Дискретизация и квантование сигнала промежуточной частоты;
Оценка информативных параметров радиосигналов, для чего в современных приемниках производится поиск сигналов, передача на слежение и слежение за навигационными сигналами.
Прием цифрового сообщения, передаваемого в радиосигналах;
Расчет положения, ориентации, скорости и времени потребителя по накопленной информации, измеренным параметрам радиосигнала, принятому сообщению и информации от дополнительных источников;
Взаимодействие с потребителем с помощью того или иного интерфейса: прием команд и выдача координатно-временного обеспечения.

Первая задача решается устройством, называемым антенной. В подавляющем большинстве навигационных приемников в качестве антенного элемента выступают микрополосковые керамические патч-элементы различных размеров (см. рисунок 1). В данной работе патч-элемент с согласованной 50-Омной линией используется для приема эфирных сигналов.

Рисунок 1 - Антенный патч-элемент, предназначенный для приема сигналов в частотном диапазоне L1

Следующим за антенной функциональным блоком навигационного приемника выступает малошумящий усилитель (МШУ, см. рисунок 2). Как следует из названия, МШУ представляет собой активный усилитель заданного диапазона частот с низким коэффициентом шума. МШУ участвует в аналоговой обработке сигнала, конечные цели которой - при минимальном ухудшении отношения сигнал/шум:

понизить несущую частоту сигнала до промежуточной, на которой производится цифровая обработка сигнала;
увеличить амплитуду смеси сигналов и шума до рабочих уровней АЦП, поддерживать значение;
произвести частотную селекцию (максимальное подавление вне полосы сигналов).

Рисунок 2 - Составная часть навигационного приемника от антенны до входа АЦП

К характеристикам МШУ предъявляются особые требования, т.к. он является первым каскадом цепочки усилителей. Как известно из курса РПУ, это означает, что он во многом определяет общий коэффициент шума радиочастотной части приемника. Для минимизации общего коэффициента шума следует максимизировать коэффициент усиления МШУ и минимизировать его собственный коэффициент шума. Характерное значение коэффициента усиления МШУ НАП составляет 24-30 дБ, коэффициент шума - 1-2 дБ.

При необходимости разнести в пространстве антенный элемент и навигационный модуль, МШУ выносят вместе с антенным элементом (и объединяют в одном корпусе, см. рисунок 3). В противном случае, наличие затуханий в радиокабеле приводит к катастрофическому возрастанию коэффициента шума радиочастотной части приемника.

Рисунок 3 - Внешний антенный модуль НАП со встроенным МШУ

В теоретическом курсе изложен ряд теоретических моделей, описывающих МШУ и радионавигационные сигналы. Работа предполагает проверку теоретических построений на соответствие поведению изучаемых объектов.

Домашняя подготовка

Запишите математическую модель радионавигационного сигнала на выходе антенны. Укажите характерные значения параметров модели.
Запишите математическую модель, связывающую сигнал на входе и выходе МШУ НАП. Укажите характерные значения параметров модели.
Разработайте и опишите методику измерения коэффициента усиления МШУ и его АЧХ с помощью приборов, входящих в состав стенда.
Подготовьте ответы на контрольные вопросы.

Лабораторное задание

1 Оценка мощности навигационных сигналов

Рисунок 4 - Схема экспериментальной установки для измерения мощности эфирного сигнала, первое состояние (1 - пассивная антенна, 2 - МШУ, 3 - модуль навигационного приемника, 4 - персональный компьютер)

1.1. Собрать экспериментальную установку, изображенную на рисунке 4. Длинна кабеля, соединяющего выход пассивной антенны и вход МШУ, должна быть минимальной. В поле видимости антенны должно находиться не менее 1/6 небосвода.

1.2. Включить навигационный модуль, подать питание на МШУ.

1.3. Включить интерфейсное ПО используемого навигационного модуля. Установить связь с приемником.

1.4. Ожидать в течение нескольких минут захвата сигнала всех видимых спутников. В интерфейсном ПО открыть отображение оценок отношений сигнал/шум в каналах обработки. Перенести значения в отчет.

Рисунок 5 - Схема экспериментальной установки для измерения мощности эфирного сигнала, второе состояние (1 - векторный генератор (имитатор) сигналов, 2 - МШУ, 3 - модуль навигационного приемника, 4 - персональный компьютер)

1.5. Собрать экспериментальную установку, изображенную на рисунке 5, подключив вместо пассивной антенны ко входу МШУ векторный генератор сигналов (или другой имитатор сигналов при наличии).

1.6. Включить генератор. Запустить имитацию сигнала одного спутника той системы, сигналы которой наблюдались в п.1.4. Если наблюдались сигналы нескольких систем, повторить пункты 1.6-1.10 для всех систем.

1.7. Перезапустить навигационный модуль с полным стиранием накопленной информации.

1.8. Дождаться, когда навигационный модуль обнаружит имитируемый сигнал и передаст его на слежение.

1.9. Регулируя мощность имитируемого сигнала, добиться совпадения измерений отношения сигнал/шум, производимых навигационным модулем с наибольшим из измерений, полученных в п. 1.4 для данной системы. Занести мощность имитируемого сигнала, измеренную по шкале генератора, в отчет.

1.10. Уменьшая мощность имитируемого сигнала, добиться совпадения измерений отношения сигнал/шум, производимых навигационным модулем с наименьшим из измерений, полученных в п. 1.4 для данной системы. Занести мощность имитируемого сигнала, измеренную по шкале генератора, в отчет. В предположении о монотонности функции измерителя отношения сигнал/шум от мощности сигнала, можно считать полученные значения измерениями мощности сигналов соответствующих спутников на выходе антенны.

2 Исследование характеристик МШУ

Рисунок 6 - Схема экспериментальной установки для измерения характеристик МШУ НАП, первое состояние (1 - генератор тестового имитационного сигнала, 2 - анализатор спектра)

2.1. Собрать экспериментальную установку, изображенную на рисунке 6.

2.2. На генераторе сигнала запустить имитацию сигнала одного навигационного спутника. Установить выходную мощность около -40 дБм.

2.3. Включить анализатор спектра, установить параметры анализа (центральную частоту, полосу), соответствующие сигналу. Отрегулировать RBW и VBW, занести спектральную плотность мощности сигнала в отчет.

2.4. Перевести анализатор спектра в режим измерения мощности. Померить мощность сигнала по первым нулям, занести результат измерений и изображение с экрана анализатора спектра в отчет.

Рисунок 7 - Схема экспериментальной установки для измерения характеристик МШУ НАП, второе состояние (1 - генератор тестового имитационного сигнала, 2 - анализатор спектра, 3 - МШУ)

2.5. Изменить экспериментальную установку в соответствии со схемой, изображенной на рисунке 7, включив между генератором и анализатором спектра МШУ. При включении в схему МШУ выход генератора подключать ко входу МШУ, выход МШУ подключать ко входу анализатора спектра.

2.6. С помощью анализатора спектра измерить мощность сигнала на выходе МШУ. Занести результат в отчет. На основании полученных данных и измерений, проведенных в п. 2.4, рассчитать коэффициент усиления МШУ. Сравнить экспериментально полученный коэффициент усиления с ожидаемым при подготовке к работе.

2.7. Варьируя частоту имитируемого сигнала, определить примерную полосу пропускания (усиления) МШУ. Занести результат в отчет. Сравнить экспериментально полученный результат с ожиданиями при подготовке к работе.

2.8. Дискретно перестраивая частоту сигнала в пределах полутора полос пропускания измерить АЧХ МШУ. Промежуточные результаты фиксировать в таблице в отчете. После проведения измерений построить график АЧХ.

2.9. Для векторного генератора сигнала установить режим генерации набора колебаний (Multicarrier CW Signal Generation для генераторов Rohde&Schwarz), настроить их несущие частоты на рабочие частоты МШУ.

2.10. Выключить режим измерения мощности анализатора спектра. Наблюдать АЧХ, перенести в отчет.

Результаты проведенного исследования, комментарии и выводы оформляются в виде индивидуального отчета.

Контрольные вопросы

Что такое МШУ НАП? Какие функции возлагаются на этот элемент?
Перечислите основные характеристики МШУ.
Как определяется коэффициент шума НАП в целом?
Какую полосу имеет навигационный сигнал GPS L1 C/A?
Какую полосу занимает диапазон навигационных сигналов ГЛОНАСС L1?
Какова мощность сигнала ГЛОНАСС L1 ПТ на входе приёмника в соответствии с интерфейсным контрольным документом?
Какова центральная частота навигационных сигналов ГЛОНАСС с частотным разделением в диапазоне L1?
Как оценить мощность сигнала на выходе МШУ НАП?
Как измеряется коэффициент шума МШУ?
Как соотносится мощность шума и мощность сигнала на выходе МШУ?
Дайте определение коэффициента шума.
В чём физический смысл понятия «коэффициент шума».
Назовите типовой коэффициент шума в НАП СРНС.
Какой тип антенны наиболее часто применяется с НАП СРНС?
Предложите методику измерения полосы МШУ.
Как рассчитывается мощность сигнала на выходе антенны?
Какой типовой коэффициент усиления МШУ?
Оцените характерную мощность полезного сигнала одного спутника на входе и выходе МШУ НАП, коэффициент усиления МШУ НАП. Предложите методику измерения коэффициента усиления МШУ НАП.
Оцените характерную мощность выходного сигнала МШУ НАП. Как соотносятся мощность полезных сигналов навигационных спутников и мощность собственного шума МШУ НАП? Оцените совместный коэффициент усиления МШУ и радиочастотного блока НАП (от выхода пассивной антенны до входа АЦП).
Предложите методику измерения коэффициента шума МШУ НАП.

www.srns.ru

малошумящий усилитель - это... Что такое малошумящий усилитель?

малошумящий усилитель

low-noise amplifier

Русско-английский технический словарь.

малошумящий
малощелочной

Смотреть что такое "малошумящий усилитель" в других словарях:

малошумящий усилитель — (МСЭ R F.758 4). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия EN low noise amplifierLNA … Справочник технического переводчика
малошумящий усилитель — mažatriukšmis stiprintuvas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. low noise amplifier vok. rauscharmer Verstärker, m rus. малошумящий усилитель, m pranc. amplificateur à faible bruit, m … Radioelektronikos terminų žodynas
Усилитель (электроника) — Электронный усилитель усилитель электрических сигналов, в усилительных элементах которого используется явление электрической проводимости в газах, вакууме и полупроводниках. Электронный усилитель может представлять собой как самостоятельное… … Википедия
малошумящий блочный преобразователь — Радиоэлектронное устройство, совмещающее в себе усилитель и смеситель сигнала с высокой частоты на промежуточную. В современных системах спутникового приёма обычно выполняется в виде единого блока "облучатель + преобразователь".… … Справочник технического переводчика
Электронный усилитель — Электронный усилитель усилитель электрических сигналов, в усилительных элементах которого используется явление электрической проводимости в газах, вакууме и полупроводниках. Электронный усилитель может представлять собой как самостоятельное … Википедия
ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ — радиоэлектронноеустройство, в к ром усиление сигнала по мощности осуществляется за счётэнергии внеш. источника (т. н. генератора накачки), периодическиизменяющего ёмкость или индуктивность нелинейного реактивного элементаэлектрич. цепи усилителя … Физическая энциклопедия
Параметрический усилитель — радиоэлектронное устройство, в котором усиление сигнала по мощности осуществляется за счёт энергии внешнего источника (так называемого генератора накачки), периодически изменяющего ёмкость или индуктивность нелинейного реактивного… … Большая советская энциклопедия
ГОСТ Р 50788-95: Установки непосредственного приема программ спутникового телевизионного вещания. Классификация. Основные параметры. Технические требования. Методы измерений — Терминология ГОСТ Р 50788 95: Установки непосредственного приема программ спутникового телевизионного вещания. Классификация. Основные параметры. Технические требования. Методы измерений оригинал документа: 3.1.4 Антенна устройство для приема… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Активная фазированная антенная решётка — (АФАР) разновидность фазированой антенной решётки (ФАР). РЛС Н050 с АФАР для ПАК ФА представленная НИИП на МАКС 2009 … Википедия
АФАР — АФАР разновидность фазированой антенной решетки ФАР В активной фазированной антенной решетке, каждый элемент решетки или группа элементов имеют свой собственный миниатюрный микроволновый передатчик, обходясь без одной большой трубки передатчика… … Википедия
Цифровая антенная решётка — (ЦАР) разновидность активной фазированной антенной решетки АФАР. Различие между системами заключается в методах обработки информации. В основе АФАР лежит приёмопередающий модуль (ППМ), включающий в себя два канала: приёмный и передающий. В… … Википедия

technical_ru_en.academic.ru

МШУ «Сколково» - это... Что такое МШУ «Сколково»?

МШУ «Сколково»

МШУ Сколково
МШУ «Сколково»

Московская школа управления СКОЛКОВО

с 2006

http://www.skolkovo.ru/

Москва, образование и наука

МШУ Сколково

Источник: http://www.nanonewsnet.ru/news/2010/populyarizatsiya-innovatsii-izmenit-budushchii-oblik-rossiiskikh-smi

Словарь сокращений и аббревиатур. Академик. 2015.

МШУ Сколково
ЭСКО Экосис

Смотреть что такое "МШУ «Сколково»" в других словарях:

МШУ Сколково — МШУ «Сколково» Московская школа управления СКОЛКОВО с 2006 http://www.skolkovo.ru/ Москва, образование и наука МШУ Сколково Источник: http://www.nanonewsnet.ru/news/2010/populyarizatsiya innovatsii izmenit budushchii oblik rossiiskikh smi … Словарь сокращений и аббревиатур
НТВ-Плюс — ОАО «НТВ ПЛЮС» Тип Открытое акционерное общество Год основания 1996 Основатели … Википедия

Книги

Новый код нетворкинга, Петерсил Г.. "Новый код нетворкинга" — пошаговое руководство по построению сети полезных связей, от которой зависит ваш успех не только в бизнесе, но и в личной жизни. Гил Петерсил — эксперт по… Подробнее Купить за 594 руб
Новый код нетворкинга, Гил Петерсил. «Новый код нетворкинга» – пошаговое руководство по построению сети полезных связей, от которой зависит ваш успех не только в бизнесе, но и в личной жизни. Гил Петерсил – эксперт по… Подробнее Купить за 459 руб электронная книга
Игра престолов: Уроки для жизни и бизнеса, Филлипс Тим, Клэйр Ребекка. Из фантастических сюжетов не нуждающейся в представлении `Игры престолов`, авторы извлекают и предлагают читателю абсолютно жизненные и чрезвычайно полезные уроки того, как формируются и… Подробнее Купить за 274 грн (только Украина)

Другие книги по запросу «МШУ «Сколково»» >>

sokrasheniya.academic.ru

малошумящий усилитель - это... Что такое малошумящий усилитель?

малошумящий усилитель low-noise amplifier

Большой англо-русский и русско-английский словарь. 2001.

малошумящий транзистор
малощелочной

Смотреть что такое "малошумящий усилитель" в других словарях:

малошумящий усилитель — (МСЭ R F.758 4). [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия EN low noise amplifierLNA … Справочник технического переводчика
малошумящий усилитель — mažatriukšmis stiprintuvas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. low noise amplifier vok. rauscharmer Verstärker, m rus. малошумящий усилитель, m pranc. amplificateur à faible bruit, m … Radioelektronikos terminų žodynas
Усилитель (электроника) — Электронный усилитель усилитель электрических сигналов, в усилительных элементах которого используется явление электрической проводимости в газах, вакууме и полупроводниках. Электронный усилитель может представлять собой как самостоятельное… … Википедия
малошумящий блочный преобразователь — Радиоэлектронное устройство, совмещающее в себе усилитель и смеситель сигнала с высокой частоты на промежуточную. В современных системах спутникового приёма обычно выполняется в виде единого блока "облучатель + преобразователь".… … Справочник технического переводчика
Электронный усилитель — Электронный усилитель усилитель электрических сигналов, в усилительных элементах которого используется явление электрической проводимости в газах, вакууме и полупроводниках. Электронный усилитель может представлять собой как самостоятельное … Википедия
ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ УСИЛИТЕЛЬ — радиоэлектронноеустройство, в к ром усиление сигнала по мощности осуществляется за счётэнергии внеш. источника (т. н. генератора накачки), периодическиизменяющего ёмкость или индуктивность нелинейного реактивного элементаэлектрич. цепи усилителя … Физическая энциклопедия
Параметрический усилитель — радиоэлектронное устройство, в котором усиление сигнала по мощности осуществляется за счёт энергии внешнего источника (так называемого генератора накачки), периодически изменяющего ёмкость или индуктивность нелинейного реактивного… … Большая советская энциклопедия
ГОСТ Р 50788-95: Установки непосредственного приема программ спутникового телевизионного вещания. Классификация. Основные параметры. Технические требования. Методы измерений — Терминология ГОСТ Р 50788 95: Установки непосредственного приема программ спутникового телевизионного вещания. Классификация. Основные параметры. Технические требования. Методы измерений оригинал документа: 3.1.4 Антенна устройство для приема… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Активная фазированная антенная решётка — (АФАР) разновидность фазированой антенной решётки (ФАР). РЛС Н050 с АФАР для ПАК ФА представленная НИИП на МАКС 2009 … Википедия
АФАР — АФАР разновидность фазированой антенной решетки ФАР В активной фазированной антенной решетке, каждый элемент решетки или группа элементов имеют свой собственный миниатюрный микроволновый передатчик, обходясь без одной большой трубки передатчика… … Википедия
Цифровая антенная решётка — (ЦАР) разновидность активной фазированной антенной решетки АФАР. Различие между системами заключается в методах обработки информации. В основе АФАР лежит приёмопередающий модуль (ППМ), включающий в себя два канала: приёмный и передающий. В… … Википедия

dic.academic.ru

5.9 Малошумящие усилители свч. Что такое мшу