Novos amplificadores de antena. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Na década de 90, devido à expansão da rede de radiodifusão televisiva no ar e ao aumento do número de canais em operação, aumentou acentuadamente o interesse dos utilizadores por antenas de televisão multicanal, capazes de receber programas nas faixas MB e UHF sem qualquer comutação. aumentou. Desde meados da década, antenas de televisão polacas de pequena dimensão ASP-4WA, ASP-8WA (CX-8WA) da ANPREL, DIPOL, ELECTRONICS e outras começaram a entrar no mercado, satisfazendo (em um grau ou outro) os requisitos para tal recepção. As antenas rapidamente ganharam popularidade e um grande número delas já está em operação.

Antenas de televisão individuais ASP-4WA, ASP-8WA são estruturas vibratórias planas com uma tela refletora de malha comum. São ativos, ou seja, equipados com amplificadores eletrônicos montados diretamente nas antenas e alimentados por um alimentador de gotas. Muitas características das antenas, como, em especial, ganho e largura de banda, são obtidas através do uso de amplificadores de antena. Consequentemente, a qualidade da imagem televisiva reproduzida depende em grande parte dos parâmetros desta última.

Para antenas ASP ativas, diferentes fabricantes produzem uma ampla gama de amplificadores de antena unificados sob diversas marcas e números. Estruturalmente, todos são projetados da mesma forma: na forma de uma pequena placa de circuito impresso (aproximadamente 60x40 mm) com microelementos montados na superfície. As placas são fabricadas com tecnologia SMD automatizada e são bastante confiáveis ​​devido ao controle repetido. Devido ao seu design característico, esses amplificadores de antena são chamados de amplificadores de placa.

O projeto do circuito, parâmetros, deficiências e reparo de um grande número de amplificadores de antena SWA são descritos em detalhes em [1]. No entanto, as empresas que produzem tais amplificadores estão melhorando seus produtos e muitos modelos novos surgiram: SWA. S&A, GPS, PAE, etc. Seus parâmetros são, sem dúvida, de grande interesse prático tanto para proprietários que já utilizam antenas e desejam melhorar a qualidade da imagem, quanto para aqueles que decidiram adquirir uma nova antena. Além disso, os amplificadores podem funcionar com outros tipos de antenas, por exemplo, log-periódicas, canal de onda, etc. (sujeito a impedâncias de entrada correspondentes).

Os amplificadores de antena possuem vários parâmetros característicos, que podem ser condicionalmente divididos em dois grupos: gerais e individuais. Os gerais incluem: resistências de entrada e saída (300 e 75 Ohms, respectivamente), tensão de alimentação (9 ... 15 V em 12 V nominal), intervalo de canal de frequência operacional (1-68 canais de TV, com raras exceções). Graças aos parâmetros comuns, a intercambialidade dos amplificadores é garantida.

Porém, para avaliar a qualidade de um amplificador, também são importantes parâmetros individuais que distinguem um amplificador de outro, em particular ruído e ganho. As informações sobre eles nem sempre estão disponíveis, embora recentemente tenham começado a ser parcialmente incluídas na documentação de vendas de antenas. Está totalmente listado em catálogos de empresas, que são difíceis de adquirir mesmo em empresas que vendem antenas no atacado.

Para escolher o amplificador de antena correto, é necessário conhecer dois de seus parâmetros individuais: o valor do ruído e o ganho reduzido Ku. Também é altamente desejável imaginar o tipo de sua resposta em frequência.

De primordial importância na escolha de um amplificador é o valor do ruído: ele deve ser o menor possível e certamente inferior ao do estágio de entrada da TV [1]. Um amplificador de antena moderno deve ter um valor de ruído não superior a 2 dB.

O segundo parâmetro (ganho) é calculado utilizando o método descrito em [1], baseado nas perdas de sinal no cabo e nos divisores passivos (se houver). O amplificador de antena é selecionado de acordo com o coeficiente Ku mais próximo do valor calculado. Aumentá-lo acima do calculado tem um efeito ao mesmo tempo que reduz o nível de ruído, caso contrário, o perigo de autoexcitação e sobrecarga do amplificador com sinais poderosos de estações próximas só aumenta.

Também é necessário levar em consideração a dependência do coeficiente Ku com a frequência, que é determinada pela resposta em frequência real dos amplificadores.Cada um deles possui seu próprio tipo característico de resposta em frequência. Assim, os amplificadores SWA e PAE possuem um máximo suave (corcunda) na frequência de aproximadamente 600 MHz (o aumento de ganho atinge 6...10 dB). Os amplificadores S&A e RA possuem uma característica de curvatura dupla: o segundo aumento de ganho de 3...5 dB está localizado em uma frequência de aproximadamente 100 MHz, ou seja, em MB. O tipo de resposta de frequência permite selecionar um amplificador dependendo das condições de recepção, a fim de melhorar a estabilidade e a imunidade ao ruído, reduzindo o ganho nas seções não funcionais da faixa. O ganho indicado na documentação, via de regra, refere-se à faixa DM V, nas frequências MB pode ser significativamente menor.

A maioria dos novos amplificadores é montada de acordo com o esquema tradicional OE-OE de dois estágios. Considere os circuitos, parâmetros e resposta de frequência de alguns novos modelos de amplificadores de várias marcas.

Amplificador SWA-555, cujo diagrama de circuito é mostrado na Fig. 1, é um amplificador de RF aperiódico de dois estágios baseado em microtransistores bipolares T67 (BFG-67) ou BFR-91A.

A primeira etapa é a banda larga, sem correção. No segundo estágio há uma correção: o capacitor C5 no circuito de realimentação de corrente do transistor VT2 garante uma diminuição na resposta de frequência em frequências mais baixas da faixa de operação [1], e o capacitor C4 no circuito de realimentação de tensão limita o ganho em maiores frequências e fora da banda de operação. A resposta em frequência do amplificador é mostrada na Fig. 2.

Em geral, os esquemas dos amplificadores SWA-555 e SWA-9 são quase idênticos (o primeiro carece apenas de filtro LC no circuito de potência e algumas classificações dos elementos passivos foram alteradas). Portanto, a resposta de frequência dos amplificadores é próxima. Porém, ao usar o transistor de baixo ruído BFR-91A (Ksh = 1,6 dB) no primeiro estágio, o amplificador SWA-555 apresenta um valor de ruído menor.

Os amplificadores S&A possuem circuitos de equalização de frequência mais complexos em ambos os estágios. Nos modelos S&A-130, S&A-140, cujo diagrama de circuito é mostrado na Fig. 3, um circuito em série L1C1 é introduzido no circuito OOS com base na tensão em cascata no transistor VT2. Sua frequência de ressonância é escolhida de forma que o ganho do primeiro estágio diminua nas frequências superiores da faixa, o que contribui para a estabilidade do amplificador. Para expandir a banda de correção, o fator de qualidade do circuito L1C2 é reduzido pelos resistores R1, R3. que fornecem a corrente de base constante necessária do transistor VT1.

O segundo estágio é equipado com circuitos RC duplos R6, R7, C6 e R7, C4, C5 no circuito emissor do transistor VT2, que alteram a resposta de frequência na região de baixa frequência. Como resultado, as características dos amplificadores são duplas, como mostrado na Fig. 4.

O aumento de ganho na frequência de 100 MHz atinge 3...4 dB. A lacuna entre as lombadas ocorre nas frequências de 230 a 400 MHz, que não são utilizadas pelos canais de televisão abertos. Esta forma de resposta de frequência melhora a estabilidade e a imunidade a ruídos do amplificador.

Outras características dos amplificadores S&A incluem o uso de um diodo de proteção contra raios VD1 na entrada. Sua eficiência não é muito alta, por isso é recomendado aterrar a antena.

Os amplificadores PAE, assim como o S&A, utilizam correção LC em ambos os estágios. No amplificador PAE-45, cujo diagrama de circuito é mostrado na Fig. 5, é fornecido por dois circuitos seriais L1C3 e L2C5, conectados nos circuitos OOS de acordo com a tensão do primeiro e segundo estágios, respectivamente.

Além disso, os capacitores C2 e C8 também influenciam na formação da resposta em frequência. Como resultado, o aumento na resposta de frequência deste amplificador acaba sendo mais acentuado, com um declínio acentuado em frequências acima de 700 MHz, como pode ser visto na Fig. 6.

Não faz sentido considerar detalhadamente os amplificadores RA, pois eles são semelhantes aos amplificadores S&A, com exceção do uso de uma bobina VD1 na entrada em vez de um diodo. O tipo de resposta de frequência dos amplificadores RA e S&A é aproximadamente o mesmo.

Os modelos GPS são semelhantes aos amplificadores SWA-455, SWA-555 e diferem apenas nas classificações dos elementos de correção no segundo estágio. Ao aumentar a capacitância do capacitor de bloqueio no circuito emissor do segundo transistor, foi alcançado um ganho maior na faixa de frequência de 100...400 MHz.

Em alguns novos modelos de amplificadores, um circuito adicional de ajuste conectado em série e resistores constantes e um capacitor é conectado ao emissor do segundo transistor (mostrado na Fig. 1 com uma linha tracejada). Neste caso, um resistor trimming pode ser utilizado para alterar o ganho nas frequências mais baixas da faixa e, consequentemente, a resposta em frequência do amplificador. Infelizmente, o valor de tal regulador de correção é pequeno, uma vez que o amplificador é de difícil acesso quando a antena é elevada.

A análise do projeto do circuito e da resposta em frequência, é claro, não está completa, pois, além dos circuitos corretivos, a resposta em frequência é afetada pela disposição relativa das peças, capacidade de instalação, presença de linhas de tira, etc. na opinião do autor, é suficiente para a seleção correta de um amplificador de acordo com o tipo de resposta em frequência e, em alguns casos, para o autoajuste através da seleção de elementos corretivos.

As seguintes recomendações práticas emergem da análise. A resposta de frequência real dos amplificadores SWA e RAE é tal que eles são melhor utilizados principalmente para receber estações UHF remotas. em que os amplificadores têm ganho máximo. Devido ao ganho reduzido na região MB, tais amplificadores (especialmente PAE) são mais estáveis ​​​​e melhor protegidos contra interferências nessas frequências.

Para receber sinais MB fracos, deve-se dar preferência aos amplificadores S&A, RA e GPS que possuam ganho MB aumentado. Isto é especialmente importante considerando que antenas ASP de pequeno porte têm muito pouco ganho intrínseco na banda MB: na frequência de 50 MHz, por exemplo, a antena ASP-8WA não excede 1 dB [2].

Principais parâmetros dos novos modelos SWA. S&A. PA, GPS, PAE (intervalo de frequência operacional f, fator de ruído Ksh e ganho Ku), retirados da Internet [2], bem como catálogos de empresas, são apresentados na tabela aqui colocada. Caso haja discrepância nas informações, são somados os piores valores. É óbvio que alguns novos modelos conseguiram alguma redução de ruído (até 1,5 dB), no entanto, ainda existem amplificadores bastante “ruidosos” com um factor de ruído igual a 1...3 dB (SWA-3.9. SWA-31 , S&A- 32. S&A-110. RA-120), cujo uso não é recomendado.

Os fabricantes ainda não conseguiram uma melhoria significativa nas características de ruído da maioria dos amplificadores. Os melhores modelos anteriores SWA-7, SWA-9 tinham coeficiente de Ksh = 1,7 dB [1]. Permaneceu aproximadamente o mesmo para novos amplificadores ou foi ligeiramente reduzido, com exceção dos modelos SWA-47(AST), SWA-49(AST). Isso se explica principalmente pelo fato de o projeto do circuito e os transistores utilizados não terem mudado: os estágios de entrada utilizam os mesmos transistores de micro-ondas T67, V3, 415 com frequência máxima de 7,5 GHz e valor de ruído de até 3 dB [2 ] e apenas ocasionalmente - BFR-91A menos barulhento.

Deve-se notar que as características dos amplificadores são influenciadas não apenas pelo tipo do primeiro transistor, mas também pelo modo de operação. O nível de ruído intrínseco, o ganho e o valor do componente ativo da condutividade de entrada, que afeta o grau de correspondência de entrada, dependem da sua corrente de coletor.

Na maioria dos amplificadores de antena, o transistor VT1 opera com uma corrente de coletor de 1 "= 8...12 mA. Isso permite obter um ganho bastante alto e uma boa correspondência com o transformador de entrada T1, mas não é ideal para garantir um baixo nível de ruído intrínseco. Embora as dependências Ksh = f (Ik) dos microchips utilizados sejam desconhecidas, mas, via de regra, para transistores bipolares de microondas de silício, o nível mínimo de ruído é observado em uma corrente de coletor de 2 ... 5 mA [ 3]. ruído enquanto mantém um bom casamento na entrada. Isso é indiretamente confirmado pelo fato de que para amplificadores PAE (somente para eles) a corrente do primeiro transistor é reduzida para 1 ... 4 mA. Devido a que, com o mesmos transistores, foi alcançada uma redução significativa no nível de ruído: segundo informações das redes da Internet, o coeficiente Ksh desses amplificadores atinge 5...0.8 dB.

Conforme observado em [1], muitos amplificadores de antena SWA de alto ganho são propensos à autoexcitação. Isso é explicado por. que é bastante difícil garantir a estabilidade de um amplificador de RF aperiódico de dois estágios montado de acordo com o circuito OE-OE na banda de frequência de até 900 MHz. Parece que não faz sentido aumentar ainda mais o número de cascatas, uma vez que alcançar a estabilidade neste caso é quase impossível. No entanto, amplificadores baseados em quatro transistores surgiram no mercado. Interessado neste fato, o autor adquiriu o amplificador SWA-2000/4T. Seu diagrama de circuito, compilado a partir de uma placa de circuito impresso, é mostrado na Fig. 7.

Uma análise do circuito deste amplificador mostrou que ele é montado conforme o circuito usual utilizando dois transistores VT1 e VT2 conectados ao OE. O sinal de entrada é fornecido à base do transistor VT1, amplificado em um trato de dois estágios e removido do coletor do transistor VT2. entrando no cabo coaxial através do capacitor de transição C9. Os transistores adicionais VT3 e VT4 estão incluídos em circuitos ativos que ajustam a tensão de polarização nas bases dos transistores VT1 e VT2. Como os transistores VT3, VT4 não amplificam o sinal útil, chips 3F baratos e de baixa frequência são usados ​​​​para essa finalidade.

Obviamente, com tal construção, as características do amplificador SWA-2000/4T não podem de forma alguma exceder significativamente os parâmetros dos amplificadores de dois estágios com correção semelhante (SWA-7, SWA-9, SWA-555, etc.), o que foi confirmado por testes comparativos.

Para resumir, chegamos às seguintes conclusões. Em primeiro lugar, muitos dos novos amplificadores repetem o design do circuito e, consequentemente, as características dos modelos mais antigos. Ao mesmo tempo, um número sólido de um novo desenvolvimento não indica de forma alguma a sua qualidade superior. Por exemplo, o amplificador SWA-555 em termos de parâmetros e design de circuito é o mesmo amplificador SWA-9. O mesmo se aplica aos amplificadores montados com quatro transistores.

Em segundo lugar, entre os novos amplificadores existem modelos com características verdadeiramente melhoradas, o que também sugere a possibilidade de melhorar a qualidade de recepção. Em termos de parâmetros de ruído, os amplificadores SWA-47 (AST), SWA-49 (AST), e também, a julgar pelas informações na Internet, os amplificadores do tipo PAE podem ser considerados os melhores.

Em terceiro lugar, a substituição de um amplificador de antena só terá um efeito positivo se for utilizado um novo modelo com um nível de ruído mais baixo, um valor de ganho calculado e uma resposta de frequência adequada.

Concluindo, digamos que os fabricantes desenvolvam modelos de amplificadores de antena com bastante rapidez e é possível que, quando a revista com este artigo for publicada, provavelmente apareçam amplificadores novos e aprimorados. Em qualquer caso, os critérios para determinar a sua qualidade e as recomendações para a seleção, discutidos aqui e em [1], não mudam.

Literatura

1. Pakhomov A. Amplificadores de antena SWA. - Rádio. 1999. Nº 1. pág. 10-12.
2. Nesterenko I. I., Zhuzhevich A. V. Escolha você mesmo a antena. - M.: Sólon. 1998.
3. Dispositivos semicondutores. Transistores de baixa potência. Diretório (A. A. Zaitsev, A. I. Mirkin, V. V. Mokryakov, etc.). Sob a direção geral. A. V. Golomedova. - M. Rádio e comunicações, 1989.

Autor: A.Pakhomov, Ph.D. tech. Ciências, Zernogrado, região de Rostov

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