Uralsat.Ru - Спутниковый интернет в любом регионе России и СНГ

Высокочастотные малошумящие преобразователи

Кроме облучателя и поляризатора в фокусе приемной параболической антенны устанавливается высокочастотный малошумяший усилитель-преобразователь, так называемый конвертер. В зарубежной литературе по спутниковому телевидению он сокращенно обозначен как LNB (рис. 8.11).

Это небольшой электронный блок, который собирает электромагнитный сигнал, отраженный от зеркала антенны, осуществляет его преобразование в более низкочастотный и усиливает его. Необходимость уменьшения частоты принятого сигнала объясняется следующими требованиями.

Наземные антенны спутникового телевидения могут устанавливаться на расстоянии до нескольких десятков метров от ресивера. Для передачи спутникового сигнала необходим специальный кабель с небольшим затуханием на частотах до 2 ГГц. Однако спутники в Ки-диапазоне работают на частотах в 5...6 раз больших. В обычном коаксиальном кабеле, используемом при приеме наземного телевидения в диапазонах MB и ДМВ, сигнал спутникового телевидения полностью рассеивается (поглощается) при длине кабеля около 1 м. Поэтому в приемной аппаратуре спутникового телевидения необходимо предусмотреть такое устройство, которое могло бы снизить частоты сигналов, передаваемых по кабелю от антенны к ресиверу. Таким устройством и является конвертер.

В истории развития конвертеров можно выделить следующие этапы: параметрические усилители, использующие для усиления высокочастотную «накачку»; системы на туннельных диодах; транзисторные усилители. Сегодня наиболее широко используется система третьего типа, так как транзисторные конвертеры отличаются низкой стоимостью, простотой настройки и хорошими техническими характеристиками, особенно когда появились транзисторы на арсениде галлия (GaAs).

Сигнал, отраженный от зеркала параболической антенны, например в полосе частот 10,9...11,7 ГГи, поступает на МШУ (1), состоящий из нескольких транзисторов (рис. 8.12). Такой МШУ может усиливать принятый с ИСЗ сигнал на 30 дБ. Полосно-пропускаюший фильтр (ППФ), или фильтр верхних

частот (ФВЧ) (2), служит для ослабления шумов зеркального канала и снижения паразитного излучения частоты гетеродина.

Важнейшую роль в устройстве конвертера играют смеситель (3) и гетеродин (4). Последний генерирует сигнал с частотой 10 ГГц, который подается на смеситель (3). В смесителе происходит основное преобразование: из сигнала спутникового телевидения благодаря сигналу гетеродина вычитается 10 ГГи. Результирующий сигнал поступает на усилитель промежуточной частоты (УПЧ) (5) в полосе частот 0,9...1,7 ГГц. В такой полосе сигнал спутникового телевидения можно подавать по кабелю к ресиверу. Однако в каскадах ФВЧ и смесителе было дополнительное затухание сигнала порядка 10...12 дБ. Поэтому перед подачей спутникового сигнала в кабель УПЧ повышает его уровень примерно на 30 дБ.

Конвертер предназначен для установки в фокусе параболической антенны с соотношением F/D, равным 0,2...0,4 (рис. 8.13). Например, фокусное расстояние F = 750 мм, а диаметр D = 2000 мм. В данном случае отношение F/D = 0,375.

СВЧ преобразователь снижает частоту сигналов передатчика спутника в полосе частот 10,95...11,36 ГГц на 10 ГГи и имеет коэффициент шума (Кш) не более 5...6 дБ. По сравнению с Кш конвертеров современных зарубежных фирм это низкий показатель. Однако необходимо учесть то, что этот конвертер предназначен для самостоятельного изготовления опытными радиолюбителями. Низкий Кш можно

компенсировать установкой осесимметричной антенны большого диаметра, например 1,5...2 м.

Преобразователь построен по схеме прямого усиления без предварительного усиления сигнала в полосе частот 10,95...11,36 ГГц. Такая схема тракта весьма проста, а усиление спутникового сигнала приходится на УПЧ в полосе частот 0,95...1,36 ГГи.

Сигнал ПЧ создается в смесительном диоде VD1 типа АА112А, а ответственную роль гетеродина выполняет диод VD3 типа АА703А (или типа АА703Б).

Названия типов диодов расшифровываются следующим образом:

первый элемент названия диода — буква А, это соединения галлия, из которых изготовлен диод;

второй элемент — буква, указывает подкласс полупроводникового прибора: А — диоды СВЧ;

третий элемент — трехзначное число, указывает назначение и качественные особенности полупроводникового прибора, а также порядковый номер разработки: диоды, в шифрах которых есть цифры от 101 до 199,— смесительные диоды СВЧ; диоды, в шифрах которых цифры от 701 до 799, — генераторные диоды СВЧ;

четвертый элемент — буква, которая указывает разновидность типа в названное группе полупроводниковых приборов.

Таким образом, диод типа АА703А — это СВЧ генераторный диод, который изготовлен из соединений галлия. Этот диод является наиболее важной деталью в конвертере. Диоды такого класса носят название диодов Ганна (создан в 1963 году). В отличие от выпрямительных, туннельных и диодов других типов, работа в которых определяется в р-n переходах, принцип действия диодов Ганна обусловлен процессами, возникающими в однородном полупроводнике с электронной проводимостью (без р-n перехода). Диод Ганна имеет динамическое отрицательное сопротивление, которое возникает благодаря объемному эффекту (эффекту Ганна) в таком однородном полупроводнике, поэтому при подключении к резонатору он может генерировать колебания СВЧ. При подключении к диоду высокодобротных резонаторов частота колебаний слабо зависит от напряжения питания диода и его нагрева и в основном определяется настройкой резонатора.

Конвертер работает следующим образом. Сигнал ПЧ через разделительный конденсатор С2 подается на малошумящий транзистор VT1, нагрузкой которого является индуктивность L2. Второй каскад на транзисторе VT2 является

таким же усилителем сигнала ПЧ, как и первый на транзисторе VT1.