Патент на изобретение №2293434

(54) МНОГОКАСКАДНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к радиотехнике для усиления сигналов сверхвысокой частоты (СВЧ). Технический результат заключается в повышении устойчивости, уменьшении неравномерности коэффициента передачи в широком диапазоне частот. Многокаскадный усилитель содержит, как минимум, два аналогичных усилительных каскада (УК) с транзисторами (Т) (2, 5), включенными по схеме с общим эмиттером, и межкаскадную согласующую цепь (МСЦ) (3). Каждый УК содержит стабилизирующий многоплюсник (МП) (1), (4), содержащий резисторы (6-9), конденсаторы (10, 11). Первый вход МП является входом УК, второй вход подключен к базе Т, третий вход – к коллектору Т, четвертый вход является выходом УК. МСЦ (3) содержит два отрезка микрополосковой линии (МПЛ) (12, 13) и конденсатор (14). Оба отрезка МПЛ (12, 13) имеют равную длину и расположены параллельно друг другу, а конденсатор (14) установлен в зазоре между ними. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к усилителям. Предназначено для усиления сигналов сверхвысокой частоты (СВЧ) в системах спутниковой навигации ГЛОНАСС-NAVSTAR, может быть использовано в радиоэлектронной аппаратуре и, в частности, в системах непосредственного спутникового телевидения.

В системах спутниковой навигации в качестве антенного усилителя и в системах непосредственного спутникового телевидения в качестве усилителя промежуточной частоты СВЧ-конвертора применяются малошумящие многокаскадные усилители сигналов СВЧ, работающие в диапазоне частот от 0,9 до 1,7 ГГц. На входе усилителя в системах спутниковой навигации обычно установлен полюснопропускающий фильтр (ППФ). К выходу усилителя подключается с помощью кабеля снижения низкочастотный блок системы, на входе которого также установлен ППФ.

К усилителю предъявляются требования обеспечения заданного коэффициента шума, стабильности работы в широком диапазоне температур окружающей среды (обычно от -50°С до +50°С) и указанных выше нагрузок, подключенных ко входу и выходу усилителя.

Современные биполярные СВЧ-транзисторы позволяют получить требуемые параметры усилителя по шумам и усилению при количестве каскадов обычно от трех и более, но одна из проблем проектирования усилителя заключается в том, что область потенциальной неустойчивости транзисторов, где инвариантный коэффициент устойчивости транзистора меньше единицы, занимает область, примерно, от сотен МГц до единиц ГГц и охватывает, таким образом, весь диапазон рабочих частот.

В области потенциальной неустойчивости транзистора невозможно обеспечить двухстороннее согласование транзистора, реализовав таким образом максимально возможное усиление и, кроме того, затрудняется возможность построения многокаскадных усилителей из-за возможности неустойчивой работы. В связи с тем, что значение модуля коэффициента отражения от входов ППФ вне его полосы пропускания может достигать величин близких к единице, подключение ППФ к усилителю на потенциально неустойчивом транзисторе приводит к самовозбуждению усилителя. (Шварц Н.Э. Линейные транзисторные усилители СВЧ, Москва, «Советское радио», 1980 г. [1])

Получение абсолютно устойчивого усилительного каскада возможно при подключении к транзистору выходной цепи с потерями [1] или при использовании обратной связи (М.Б.Толстихин и др., Анализ и расчет транзисторного СВЧ-усилителя с параллельной обратной связью, Электронная техника, сер. 1, Электроника СВЧ, вып.4, 1984 г., [Л2]).

1) между коллектором транзистора каждого из усилительных каскадов и корпусом включены стабилизирующие цепи, каждая из которых состоит из последовательно соединенных резистора, четвертьволнового микрополоскового шлейфа и конденсатора;

2) на выходе четырехкаскадного усилителя включен П-образный резистивный аттенюатор, ослабляющий влияние нагрузки на параметры усилителя.

В усилительных каскадах использованы состоящие из отрезков микрополосковых линий (МПЛ) Г-образные и Т-образные согласующие цепи. Такие согласующие цепи создают достаточно близкие к единице значения модуля собственного коэффициента отражения согласующей цепи, вне полосы рабочих частот усилителя, что отрицательно влияет на его устойчивость и, кроме этого, недостатками таких решений является большое количество элементов и большие габаритные размеры усилителя.

Данный транзисторный усилитель является наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемого изобретения.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является расширение арсенала технических средств указанного назначения с одновременным улучшением его эксплуатационных характеристик.

Техническими результатами при реализации изобретения являются, в частности, обеспечение абсолютной устойчивости усилителя, упрощение конструкции и уменьшение габаритных размеров усилителя.

Влияние на достижение указанных технических результатов оказывают нижеприведенные отличительные признаки.

Многокаскадный усилитель содержит, как минимум, два аналогичных транзисторных усилительных каскада и межкаскадную согласующую цепь. Усилительный каскад содержит многополюсник, содержащий первый конденсатор и первый резистор, первые выводы которых соединены между собой и подключены к первому входу многополюсника, а вторые выводы соединены между собой и подключены ко второму входу многополюсника, второй резистор, первый вывод которого подключен ко второму входу многополюсника, а второй вывод которого подключен к третьему входу многополюсника, третий резистор, первый вывод которого подключен к третьему входу многополюсника, а второй вывод подключен к корпусу, второй конденсатор и четвертый резистор, первые выводы которых соединены между собой и подключены к третьему входу многополюсника, а вторые выводы соединены между собой и подключены к четвертому входу многополюсника, причем первый вход многополюсника является входом усилительного каскада, второй вход многополюсника подключен к выводу базы транзистора, третий вход многополюсника подключен к выводу коллектора транзистора, четвертый вход многополюсника является выходом усилительного каскада. Межкаскадная согласующая цепь содержит первый отрезок микрополосковой линии, первый вывод которого является входом межкаскадной согласующей цепи, а второй вывод подключен к первому выводу третьего конденсатора, а второй вывод третьего конденсатора подключен к первому выводу второго отрезка микрополосковой линии, второй вывод которого является выходом межкаскадной согласующей цепи, причем первый и второй отрезки микрополосковых линий имеют равную длину и расположены параллельно друг другу, а третий конденсатор установлен в зазоре между вторым выводом первого отрезка микрополосковой линии и первым выводом второго отрезка микрополосковой линии.

На чертеже приведена схема многокаскадного усилителя.

Поскольку каскады усилителя однотипны то с целью упрощения изложения показан усилитель, состоящий только из двух каскадов. Усилитель состоит из следующих элементов в порядке, показанном на чертеже, многополюсника 1, транзистора 2, межкаскадной согласующей цепи 3, многополюсника 4, транзистора 5. Транзисторы включены по схеме с общим эмиттером. Межкаскадная согласующая цепь 3 усилителя состоит из двух последовательно включенных отрезков МПЛ 12 и 13. Модуль коэффициента отражения от такой согласующей цепи на любой частоте всегда меньше единицы, что, в общем случае, не ухудшает устойчивость усилителя. Межкаскадная согласующая цепь конструктивно выполнена в виде двух отрезков МПЛ 12 и 13 равной длины, расположенных параллельно друг другу на минимальном расстоянии, пригодном для установки разделительного конденсатора 14, установленного в зазоре между концом отрезка 12 и началом отрезка 13, что позволяет уменьшить площадь занимаемую усилителем.

Каждый из многополюсников 1 и 4 состоит резисторов 6, 9, выполненных в зазоре МПЛ, конденсаторов 10, 11, установленных на МПЛ над соответствующими резисторами 6, 9, и резисторов 7, 8. Резисторы 6, 7, 8, 9 и конденсаторы 10, 11 создают частотно-зависимые нагрузки входов транзистора и частотно-зависимую обратную связь, обеспечивающие заданную устойчивость каждого из усилительных каскадов, выполненных на транзисторах 2 и 5 в отдельности и совместно с межкаскадной согласующей цепью 3 обеспечивают абсолютную устойчивость многокаскадного усилителя.

Отсутствие стабилизирующих цепей, состоящих из четвертьволновых шлейфов и конденсаторов, резистивного аттенюатора на выходе усилителя, и конструктивное исполнение согласующей цепи 3 позволяют уменьшить габаритные размеры усилителя.

Формула изобретения

Многокаскадный усилитель, содержащий, как минимум, два аналогичных транзисторных усилительных каскада, причем транзисторы включены по схеме с общим эмиттером, и межкаскадную согласующую цепь, отличающийся тем, что усилительный каскад содержит многополюсник, содержащий первый конденсатор и первый резистор, первые выводы которых соединены между собой и подключены к первому входу многополюсника, а вторые выводы которых соединены между собой и подключены ко второму входу многополюсника, второй резистор, первый вывод которого подключен ко второму входу многополюсника, а второй вывод которого подключен к третьему входу многополюсника, третий резистор, первый вывод которого подключен к третьему входу многополюсника, а второй вывод которого подключен к корпусу, второй конденсатор и четвертый резистор, первые выводы которых соединены между собой и подключены к третьему входу многополюсника, а вторые выводы которых соединены между собой и подключены к четвертому входу многополюсника, причем первый вход многополюсника является входом усилительного каскада, второй вход многополюсника подключен к выводу базы транзистора, третий вход многополюсника подключен к выводу коллектора транзистора, четвертый вход многополюсника является выходом усилительного каскада; межкаскадная согласующая цепь содержит первый отрезок микрополосковой линии, первый вывод которого является входом межкаскадной согласующей цепи, а второй вывод которого подключен к первому выводу третьего конденсатора, а второй вывод третьего конденсатора подключен к первому выводу второго отрезка микрополосковой линии, второй вывод которого является выходом межкаскадной согласующей цепи, причем первый и второй отрезки микрополосковых линий имеют равную длину и расположены параллельно друг другу, а третий конденсатор установлен в зазоре между вторым выводом первого отрезка микрополосковой линии и первым выводом второго отрезка микрополосковой линии.

РИСУНКИ