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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Nuevos amplificadores de antena. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Amplificadores de antena En los años 90, debido a la expansión de la red de transmisión de televisión al aire y al aumento del número de canales operativos, el interés de los usuarios por las antenas de televisión multicanal, capaces de recibir programas en las bandas MB y UHF sin ningún tipo de conmutación, aumentó drásticamente. aumentó. Desde mediados de la década, comenzaron a ingresar al mercado las antenas de televisión polacas de pequeño tamaño ASP-4WA, ASP-8WA (CX-8WA) de ANPREL, DIPOL, ELECTRONICS y otras, satisfaciendo (en un grado u otro) los requisitos de tal recepción. Las antenas rápidamente ganaron popularidad y ahora se utilizan un número bastante grande de ellas. Las antenas de televisión individuales ASP-4WA, ASP-8WA son estructuras vibratorias planas con una pantalla reflectora de malla común. Son activos, es decir, están equipados con amplificadores electrónicos instalados directamente en las antenas y alimentados a través de un alimentador reductor. Muchas características de las antenas, como la ganancia y el ancho de banda en particular, se obtienen mediante el uso de amplificadores de antena. En consecuencia, la calidad de la imagen de televisión reproducida depende en gran medida de los parámetros de esta última. Para las antenas ASP activas, diferentes fabricantes producen una amplia gama de amplificadores de antena unificados con diversas marcas y números. Estructuralmente, todos tienen el mismo diseño: en forma de una pequeña placa de circuito impreso (de aproximadamente 60x40 mm) con microelementos montados en la superficie. Las placas están fabricadas con tecnología SMD automatizada y son bastante fiables gracias a sus múltiples controles. Debido a su diseño característico, estos amplificadores de antena se denominan amplificadores de placas. El diseño del circuito, los parámetros, las deficiencias y la reparación de una gran cantidad de amplificadores de antena SWA se describen en detalle en [1]. Sin embargo, las empresas que producen este tipo de amplificadores están mejorando sus productos y ahora han aparecido muchos modelos nuevos: SWA. S&A, GPS, PAE, etc. Sus parámetros son sin duda de gran interés práctico tanto para los propietarios que ya utilizan antenas y quieren mejorar la calidad de la imagen, como para aquellos que han decidido comprar una nueva antena. Además, los amplificadores pueden funcionar con otros tipos de antenas, por ejemplo, log-periódico, canal de onda, etc. (sujeto a impedancias de entrada coincidentes). Los amplificadores de antena tienen una serie de parámetros característicos que se pueden dividir en dos grupos: generales e individuales. Los más comunes incluyen: resistencias de entrada y salida (300 y 75 ohmios, respectivamente), voltaje de suministro (9... 15 V a 12 V nominal), rango operativo de canales de frecuencia (1 a 68 canales de TV, con raras excepciones). Gracias a los parámetros comunes, se garantiza la intercambiabilidad de los amplificadores. Sin embargo, para evaluar la calidad de un amplificador, también son importantes los parámetros individuales que distinguen un amplificador de otro, en particular el ruido y la ganancia. La información sobre ellos no siempre está disponible, aunque recientemente ha comenzado a incluirse parcialmente en la documentación de venta de antenas. Aparece completamente en los catálogos de las empresas, que son difíciles de comprar incluso en empresas que venden antenas al por mayor. Para seleccionar correctamente un amplificador de antena, es necesario conocer sus dos parámetros individuales: factor de ruido y ganancia reducida Ku. También es muy conveniente imaginar el tipo de respuesta de frecuencia. De primordial importancia a la hora de elegir un amplificador es la figura de ruido: debe ser lo más pequeña posible y ciertamente menor que la de la etapa de entrada del televisor [1]. Un amplificador de antena moderno no debe tener un factor de ruido superior a 2 dB. El segundo parámetro (ganancia) se calcula utilizando el método descrito en [1], en base a las pérdidas de señal en el cable y los divisores pasivos (si los hay). El amplificador de antena se selecciona según el coeficiente Ku más cercano al valor calculado. Aumentarlo por encima del calculado tiene el efecto de reducir simultáneamente el nivel de ruido; de lo contrario, solo aumenta el peligro de autoexcitación y sobrecarga del amplificador con señales potentes de estaciones cercanas. También es necesario tener en cuenta la dependencia del coeficiente Ku de la frecuencia, que está determinada por la respuesta de frecuencia real de los amplificadores, cada uno de los cuales tiene su propio tipo característico de respuesta de frecuencia. Así, los amplificadores SWA y PAE tienen un máximo suave (joroba) a una frecuencia de aproximadamente 600 MHz (el aumento de ganancia alcanza 6... 10 dB). Los amplificadores S&A y RA tienen una característica de doble joroba: el segundo aumento de ganancia de 3...5 dB se encuentra a una frecuencia de aproximadamente 100 MHz, es decir, en MB. El tipo de respuesta de frecuencia le permite seleccionar un amplificador dependiendo de las condiciones de recepción para mejorar la estabilidad y la inmunidad al ruido al reducir la ganancia en las secciones del rango que no funcionan. La ganancia indicada en la documentación, por regla general, se refiere al rango DM V, en frecuencias MB puede ser significativamente menor. La mayoría de los nuevos amplificadores se ensamblan según el circuito tradicional OE-OE de dos etapas. Consideremos el diseño del circuito, los parámetros y la respuesta de frecuencia de algunos modelos nuevos de amplificadores de varias marcas. Amplificador SWA-555, cuyo diagrama de circuito se muestra en la Fig. 1, es un amplificador de RF aperiódico de dos etapas basado en microtransistores bipolares T67 (BFG-67) o BFR-91A.
La primera etapa es banda ancha, sin corrección. En la segunda etapa hay una corrección: el condensador C5 en el circuito de retroalimentación de corriente del transistor VT2 asegura una disminución en la respuesta de frecuencia en frecuencias más bajas del rango de operación [1], y el capacitor C4 en el circuito de retroalimentación de voltaje limita la ganancia en frecuencias más altas. frecuencias y fuera de la banda operativa. La respuesta de frecuencia del amplificador se muestra en la Fig. 2.
En general, los circuitos de los amplificadores SWA-555 y SWA-9 son casi completamente idénticos (al primero sólo le falta un filtro LC en el circuito de alimentación y se han cambiado algunos valores de los elementos pasivos). Por tanto, la respuesta de frecuencia de los amplificadores es cercana. Sin embargo, cuando se utiliza un transistor de bajo ruido BFR-91A (Ksh = 1,6 dB) en la primera etapa, el amplificador SWA-555 tiene un factor de ruido más bajo. Los amplificadores S&A tienen circuitos de ecualización de frecuencia más complejos en ambas etapas. En los modelos S&A-130, S&A-140, cuyo diagrama de circuito se muestra en la Fig. 3, se introduce un circuito en serie L1C1 en el circuito OOS basándose en el voltaje de cascada en el transistor VT2. Su frecuencia de resonancia se elige de modo que la ganancia de la primera etapa disminuya en las frecuencias superiores del rango, lo que contribuye a la estabilidad del amplificador. Para ampliar la banda de corrección, el factor de calidad del circuito L1C2 se reduce mediante las resistencias R1, R3. que proporcionan la corriente de base constante necesaria del transistor VT1.
La segunda etapa está equipada con circuitos RC dobles R6, R7, C6 y R7, C4, C5 en el circuito emisor del transistor VT2, que cambian la respuesta de frecuencia en la región de baja frecuencia. Como resultado, las características de los amplificadores tienen doble joroba, como se muestra en la Fig. 4.
El aumento de ganancia a una frecuencia de 100 MHz alcanza 3...4 dB. La brecha entre las jorobas se produce en frecuencias de 230...400 MHz, que no son utilizadas por los canales de televisión por aire. Esta forma de respuesta de frecuencia mejora la estabilidad y la inmunidad al ruido del amplificador. Otras características de los amplificadores S&A incluyen el uso de un diodo de protección contra rayos VD1 en la entrada. Su eficiencia no es muy alta, por lo que se recomienda conectar la antena a tierra. Los amplificadores PAE, al igual que el S&A, utilizan corrección LC en ambas etapas. En el amplificador PAE-45, cuyo diagrama de circuito se muestra en la Fig. 5, es proporcionado por dos circuitos en serie L1C3 y L2C5, conectados en los circuitos OOS según el voltaje de la primera y segunda etapa, respectivamente.
Además, los condensadores C2 y C8 también influyen en la formación de la respuesta de frecuencia. Como resultado, la joroba en la respuesta de frecuencia de este amplificador resulta ser más pronunciada, con una fuerte caída en frecuencias superiores a 700 MHz, como se puede ver en la Fig. 6.
No tiene sentido considerar en detalle los amplificadores RA, ya que son similares a los amplificadores S&A, con la excepción del uso de una bobina VD1 en la entrada en lugar de un diodo. El tipo de respuesta de frecuencia de los amplificadores RA y S&A es aproximadamente el mismo. Los modelos GPS son similares a los amplificadores SWA-455, SWA-555 y se diferencian únicamente en las clasificaciones de los elementos de corrección en la segunda etapa. Al aumentar la capacitancia del condensador de bloqueo en el circuito emisor del segundo transistor, se logró una mayor ganancia en el rango de frecuencia de 100...400 MHz. En algunos modelos de amplificadores nuevos, un circuito adicional de resistencias constantes y de recorte conectadas en serie y un condensador están conectados al emisor del segundo transistor (que se muestra en la Fig. 1 con una línea discontinua). En este caso, se puede utilizar una resistencia de recorte para cambiar la ganancia en las frecuencias más bajas del rango y, en consecuencia, la respuesta de frecuencia del amplificador. Desafortunadamente, el valor de dicho regulador de corrección es pequeño, ya que es difícil acceder al amplificador cuando la antena está levantada. El análisis del diseño del circuito y la respuesta en frecuencia, por supuesto, no está completo, ya que, además de los circuitos correctivos, la respuesta en frecuencia se ve afectada por la disposición relativa de las piezas, la capacidad de instalación, la presencia de líneas de banda, etc. Sin embargo, en En opinión del autor, es suficiente para la correcta selección de un amplificador según el tipo de respuesta en frecuencia, y en algunos casos para el autoajuste mediante la selección de elementos correctivos. Del análisis surgen las siguientes recomendaciones prácticas. La respuesta de frecuencia real de los amplificadores SWA y RAE es tal que se utilizan mejor principalmente para recibir estaciones UHF remotas. en el que los amplificadores tienen la máxima ganancia. Debido a la ganancia reducida en la región MB, dichos amplificadores (especialmente PAE) son más estables y están mejor protegidos contra interferencias en estas frecuencias. Para recibir señales MB débiles, se debe dar preferencia a los amplificadores S&A, RA y GPS que tengan una mayor ganancia de MB. Esto es especialmente importante teniendo en cuenta que las antenas ASP de pequeño tamaño tienen muy poca ganancia intrínseca en la banda MB: a una frecuencia de 50 MHz, por ejemplo, la antena ASP-8WA no supera 1 dB [2]. Principales parámetros de los nuevos modelos SWA. S&A. En la tabla adjunta se presentan PA, GPS, PAE (intervalo de frecuencia de funcionamiento f, factor de ruido Ksh y ganancia Ku), tomados de Internet [2], así como catálogos de empresas. Si hay discrepancia en la información, se le suman los peores valores. Es obvio que algunos modelos nuevos han logrado cierta reducción del ruido (hasta 1,5 dB), sin embargo, todavía hay amplificadores bastante “ruidosos” con un factor de ruido igual a 1...3 dB (SWA-3.9. SWA-31 , S&A- 32. S&A-110. RA-120), cuyo uso no se recomienda.
Los fabricantes aún no han logrado mejorar significativamente las características de ruido de la mayoría de los amplificadores. Los mejores modelos anteriores SWA-7, SWA-9 tenían un coeficiente de Ksh = 1,7 dB [1]. Se mantuvo aproximadamente igual para los amplificadores nuevos o se redujo ligeramente, a excepción de los modelos SWA-47(AST), SWA-49(AST). Esto se explica principalmente por el hecho de que el diseño del circuito y los transistores utilizados no han cambiado: las etapas de entrada utilizan los mismos transistores de microondas T67, V3, 415 con una frecuencia máxima de 7,5 GHz y un factor de ruido de hasta 3 dB [2 ] y sólo ocasionalmente - menos ruidoso "BFR-91A. Cabe señalar que las características de los amplificadores están influenciadas no solo por el tipo del primer transistor, sino también por el modo de funcionamiento. El nivel de ruido intrínseco, la ganancia y el valor del componente activo de la conductividad de entrada, que afecta el grado de adaptación de la entrada, dependen de su corriente de colector. En la mayoría de los amplificadores de antena, el transistor VT1 funciona con una corriente de colector de 1" = 8...12 mA. Esto permite obtener una ganancia bastante alta y una buena adaptación con el transformador de entrada T1, pero no es óptimo para garantizar un nivel bajo. Aunque se desconoce la dependencia Ksh = f (Iк) de los microchips utilizados, por regla general, en los transistores de microondas de silicio bipolares el nivel mínimo de ruido se observa con una corriente de colector de 2...5 mA [ 3].Por lo tanto, existe la posibilidad de que al reducir la corriente del colector del transistor VT1, se pueda reducir el nivel de ruido manteniendo una buena adaptación en la entrada. Esto se confirma indirectamente por el hecho de que para los amplificadores PAE (solo para ellos) el La corriente del primer transistor se reduce a 4...5 mA, por lo que con los mismos transistores se consigue una reducción significativa del nivel de ruido: según información de las redes de Internet, el coeficiente Ksh de estos amplificadores alcanza 0.8. ..1 dB. Como se indica en [1], muchos amplificadores de antena SWA de alta ganancia son propensos a la autoexcitación. Esto se explica por esto. que es bastante difícil garantizar la estabilidad de un amplificador de RF aperiódico de dos etapas ensamblado según el circuito OE-OE en la banda de frecuencia de hasta 900 MHz. Parecería que no tiene sentido aumentar aún más el número de cascadas, ya que lograr la estabilidad en este caso es casi imposible. Sin embargo, han aparecido en el mercado amplificadores basados en cuatro transistores. Interesado en este hecho, el autor compró el amplificador SWA-2000/4T. Su diagrama de circuito, compilado a partir de una placa de circuito impreso, se muestra en la Fig. 7.
Un análisis del circuito de este amplificador mostró que está ensamblado según el circuito habitual utilizando dos transistores VT1 y VT2 conectados al OE. La señal de entrada se suministra a la base del transistor VT1, se amplifica en un tracto de dos etapas y se retira del colector del transistor VT2. ingresando al cable coaxial a través del capacitor de transición C9. Los transistores VT3 y VT4 adicionales se incluyen en circuitos activos que establecen el voltaje de polarización en las bases de los transistores VT1 y VT2. Dado que los transistores VT3, VT4 no amplifican la señal útil, para este propósito se utilizan chips 3F baratos y de baja frecuencia. Obviamente, con este diseño, las características del amplificador SWA-2000/4T no pueden exceder significativamente los parámetros de los amplificadores de dos etapas con corrección similar (SWA-7, SWA-9, SWA-555, etc.), lo cual fue confirmado por pruebas comparativas. Resumiendo, llegamos a las siguientes conclusiones. En primer lugar, muchos de los nuevos amplificadores repiten el diseño del circuito y, en consecuencia, las características de los modelos más antiguos. Al mismo tiempo, un número considerable de un nuevo desarrollo no indica en absoluto su mayor calidad. Por ejemplo, el amplificador SWA-555 en términos de parámetros y diseño de circuito es el mismo amplificador SWA-9. Lo mismo se aplica a los amplificadores ensamblados con cuatro transistores. En segundo lugar, entre los nuevos amplificadores hay modelos con características verdaderamente mejoradas, lo que también sugiere la posibilidad de mejorar la calidad de la recepción. En términos de parámetros de ruido, los amplificadores SWA-47 (AST), SWA-49 (AST) y, a juzgar por la información en Internet, los amplificadores del tipo PAE pueden considerarse los mejores. En tercer lugar, sustituir un amplificador de antena tendrá un efecto positivo sólo si se utiliza un modelo nuevo con un nivel de ruido más bajo, un valor de ganancia calculado y una respuesta de frecuencia adecuada. En conclusión, diremos que los fabricantes están desarrollando modelos de amplificadores de antena con bastante rapidez y es posible que cuando se publique la revista con este artículo probablemente aparezcan amplificadores nuevos y mejorados. En cualquier caso, los criterios para determinar su calidad y las recomendaciones de selección, comentados aquí y en [1], no cambian. Literatura
Autor: A.Pakhomov, Ph.D. tecnología Ciencias, Zernograd, región de Rostov
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